ตั้งแต่สมัยของ Galileo คือ เมื่อ 400 ปีก่อน นักดาราศาสตร์ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ศึกษาธรรมชาติของดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ ดาวหาง ดาวเคราะห์น้อย กาแล็กซี ฯลฯ ซึ่งเป็นดาวบนท้องฟ้าที่กล้องโทรทรรศน์สามารถเห็นได้ แต่ปัจจุบันโลกมีนักดาราศาสตร์อีกกลุ่มหนึ่งที่กำลังค้นหาสสารที่ตามองไม่เห็น และบุคคลหนึ่งที่เป็นผู้บุกเบิกการวิจัยเรื่องนี้ คือ Vera Rubin
Vera Cooper เกิดเมื่อวันที่ 23 กรกฎาคม ค.ศ.1928 ที่เมือง Philadelphia ในสหรัฐอเมริกา บิดา Phillip Cooper มีอาชีพเป็นวิศวกรไฟฟ้า ส่วนมารดาเป็นพนักงานทำงานที่บริษัท Bell Telephone Company เมื่อ Vera มีอายุ 10 ปี ครอบครัว Cooper ได้อพยพไปอยู่ที่กรุง Washington DC
Vera เป็นคนที่สนใจดาราศาสตร์มาตั้งแต่เด็ก เมื่อบิดาเห็นว่าเธอสนใจและชอบดูดาวมาก จึงช่วยเธอสร้างกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กเพื่อใช้ดูดาวที่บ้าน และบิดามักพาเธอไปร่วมประชุมกับนักดาราศาสตร์สมัครเล่นที่เป็นผู้ใหญ่คนอื่นๆ โดยจะนั่งเป็นเพื่อนเธอตลอดการบรรยาย เพราะเธอเป็นเพียงเด็กผู้หญิงตัวเล็กๆ คนหนึ่งที่ไม่สมควรอยู่ท่ามกลางผู้ใหญ่ที่เป็นผู้ชายทั้งหมด
Vera เล่าให้ฟังว่า การที่เธอเป็นนักดาราศาสตร์ได้เพราะได้รับแรงสนับสนุนจากครอบครัวเป็นอย่างมาก แต่ไม่ได้รับแรงกระตุ้นจากครูที่โรงเรียนเท่าที่ควร เพราะครูวิทยาศาสตร์มักให้ความสนใจในเด็กผู้ชายมากกว่า สำหรับครูแนะแนวนั้นก็ได้พยายามบอกเธอว่า ชีวิตเธอจะก้าวหน้า ถ้าไม่คิดจะเป็นนักดาราศาสตร์
Vera สำเร็จการศึกษาระดับมัธยมศึกษาเมื่ออายุ 16 ปี ตลอดเวลาที่เรียนระดับมัธยมศึกษา เธอชอบอ่านตำราดาราศาสตร์และชอบคณิตศาสตร์ ยามว่างจะเล่นเปียโน ทำงานศิลปะ ปั่นจักรยานในชั่วโมงกีฬา เธอไม่คบเพื่อนชายหลายคน เพราะเธอชอบผู้ชายที่ฉลาด และรู้สึกตลอดเวลาว่าเธอมีนิสัยแตกต่างจากเด็กผู้หญิงคนอื่นๆ ตรงที่เธอสนใจดาราศาสตร์ ซึ่งเป็นความต้องการที่ “ผิดปกติ” ของคนในสมัยนั้น
ในระดับอุดมศึกษา Vera ต้องการจะเรียนต่อที่ Swarthmore College ในรัฐ Pennsylvania แต่เจ้าหน้าที่สัมภาษณ์คิดว่า เธอน่าจะเรียนวิชาวาดภาพดาวมากกว่า เธอจึงสมัครไปเรียนต่อที่ Vassar College ซึ่งตั้งอยู่ที่เมือง Poughkeepsie ในรัฐ New York เพราะที่นั่นเป็นวิทยาลัยแห่งเดียวในสหรัฐฯ ที่อนุญาตให้ผู้หญิงเรียนดาราศาสตร์ในระดับปริญญาตรีได้ นอกจากเหตุผลนี้แล้ว เธอก็ยังรู้ว่า Vassar เป็นวิทยาลัยที่เคยมีนักดาราศาสตร์ที่มีชื่อเสียงคนหนึ่งชื่อ Maria Mitchell เป็นครูสอนด้วย เพราะในปี 1847 Mitchell วัย 29 ปี ได้พบดาวหาง Mitchell โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ที่บิดาสร้างให้ และผลงานนี้ทำให้เธอได้รับเลือกเป็นสมาชิกของสมาคม American Academy of Arts and Sciences ในปี 1848 รวมถึงเป็นศาสตราจารย์และผู้อำนวยการแห่งหอดูดาวที่ Vassar ด้วย
เพราะครอบครัว Cooper ไม่มีฐานะดี ดังนั้น Vera จึงต้องหาทุนเรียนที่ Vassar ซึ่งเป็นวิทยาลัยที่สอนเฉพาะผู้หญิง เธอเล่าว่า ในห้องเรียนมีเธอเป็นนิสิตเพียงคนเดียว ดังนั้นการเรียนการสอนจึงเป็นไปในลักษณะตัวต่อตัวกับอาจารย์ ซึ่งนับเป็นเรื่องดีเพราะเธอได้รับความสนใจจากอาจารย์ 100% เต็ม
ในปี 1948 Vera วัย 20 ปีสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรี และได้เข้าพิธีสมรสกับ Robert Rubin ซึ่งเป็นนักเคมีฟิสิกส์ ที่กำลังเรียนปริญญาเอกอยู่ที่มหาวิทยาลัย Cornell Vera Rubin จึงได้ติดตามสามีไปเรียนต่อที่มหาวิทยาลัย Cornell และได้เรียนกับนักฟิสิกส์ที่มีชื่อเสียงระดับโลก เช่น Philip Morrison, Richard Feynman กับ Hans Bethe จนสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาโทในปี 1951 ด้วยวิทยานิพนธ์เรื่อง ลักษณะการเคลื่อนที่ของกาแล็กซี จำนวน 109 กาแล็กซี แต่เมื่อเธอนำผลงานวิจัยนี้ไปเสนอในที่ประชุมครั้งที่ 84 ของ American Astronomical Society (AAS) ไม่มีใครให้ความสนใจมาก ทั้งนี้ อาจเป็นเพราะข้อมูลของเธอยังไม่สมบูรณ์ เธอรู้สึกท้อแท้ แต่สามีก็ยังให้กำลังใจสู้ต่อ โดยบอกเธอว่า การเรียนจบปริญญาโททางดาราศาสตร์มิได้หมายความว่า เธอได้เป็นนักดาราศาสตร์แล้ว เธอจึงมุ่งมั่นจะเรียนปริญญาเอกต่อ
เมื่อครอบครัว Rubin ย้ายไปตั้งรกรากอยู่ที่ Washington DC Vera Rubin ได้ตัดสินใจเรียนดาราศาสตร์ต่อในระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัย Georgetown ซึ่งอยู่ไม่ไกลจากที่พัก ที่นั่นเธอได้พบ George Gamow นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ผู้มีส่วนในการเสนอทฤษฎี Big Bang ของเอกภพ และ Gamow ได้แนะนำให้เธอศึกษาการกระจายตัวของกาแล็กซีในเอกภพว่า มีรูปแบบอย่างไรหรือเป็นแบบสะเปะสะปะ ขณะนั้นเธอมีลูก 2 คนแล้ว จึงต้องขอร้องบิดา มารดาของเธอให้มาช่วยดูแลลูกยามที่เธอไปเรียน เธอขอให้สามีขับรถเพื่อไปส่งเธอเข้าฟังการบรรยายทันเวลา จนเธอสำเร็จปริญญาเอกเมื่ออายุ 26 ปี
จากนั้นก็ได้เริ่มอาชีพอาจารย์สอนที่ Montgomery County Community College ซึ่งงานนี้เป็นงานที่เธอขอรับเงินเดือนเพียง 2 ใน 3 เพราะเธอจะได้มีเวลาขับรถไปรับลูกๆ ที่โรงเรียนทัน อีก 2 ปีต่อมาก็ได้งานอาจารย์ที่มหาวิทยาลัย Georgetown
จุดหักเหในชีวิตของ Vera Rubin เกิดขึ้นในปี 1963 เมื่อเธอได้ทุนวิจัยไปฝึกงานกับ Margaret และ Geoffrey Burbridge ที่มหาวิทยาลัย California ที่ San Diego เป็นเวลา 1 ปี โดยใช้กล้องขนาด 82 นิ้วดูดาวที่ McDonald Observatory ที่ Texas เพื่อวัดความเร็วในการหมุนรอบตัวเองของกาแล็กซีเป็นครั้งแรกในประวัติดาราศาสตร์
ครั้นเมื่อกลับจาก San Diego Vera Rubin ได้ไปติดต่อสมัครงานที่ Carnegie Institute ในตำแหน่งอาจารย์ที่ภาควิชา Terrestrial Magnetism ในการสัมภาษณ์แทนที่หัวหน้าภาควิชาจะถามคำถามวิชาการ เขากลับยื่นแผ่นฟิล์มภาพ spectrum ของดาวฤกษ์ แล้วบอกให้เธอวัดความเร็วของดาวเหล่านั้น ซึ่งเธอก็ทำได้ จึงได้เข้าทำงานร่วมกับ W.Kent Ford ผู้เป็นนักฟิสิกส์ที่เชี่ยวชาญการออกแบบ image tube spectrograph ที่สามารถถ่ายภาพดาวด้วยวิธีเก็บแสงได้ดีกว่า และเร็วกว่า spectrograph ธรรมดา ความสามารถของ Ford ในการออกแบบเครื่องมือ และความสามารถของ Rubin ในการวิเคราะห์ข้อมูล ทำให้คนทั้งสองมีผลงานตีพิมพ์ร่วมกันมากมาย
ถึงปี 1965 Rubin วัย 37 ปี ได้เป็นสตรีคนแรกที่ได้รับอนุญาตให้ใช้กล้องดูดาวขนาด 200 นิ้ว (ซึ่งใหญ่ที่สุดในโลกขณะนั้น) ที่ภูเขา Palomar ใน California โดยเธอได้เสนอโครงการวิจัยจะวัดความเร็วของดาวฤกษ์ที่อยู่ ณ ตำแหน่งต่างๆ ในกาแล็กซี Andromeda M31 ซึ่งเป็นกาแล็กซีที่อยู่ใกล้โลกที่สุด (2.2 ล้านปีแสง) และสุกใสที่สุด
เกียรติประวัติที่ได้เป็นสตรีคนแรกที่ทำงานที่หอดูดาวเป็นเรื่องไม่ธรรมดาสำหรับคนทั่วไป เพราะหอดูดาว Palomar มีแต่ผู้ชาย จึงทำให้สถานที่เสมือนเป็น “วัด” แม้แต่ห้องน้ำก็มีป้ายปักไว้หน้าห้องว่า “MEN” จน Vera Rubin ต้องหาห้องน้ำเล็กๆ ใช้ แต่เธอก็ไม่ได้ระบุว่าสำหรับ “WOMEN” ขณะทำงานที่นั่น เธอเป็นคนควบคุมทิศของกล้อง ระยะเวลาที่ส่อง อีกทั้งต้องระบุด้วยว่าเธอต้องการใช้อุปกรณ์ใดบ้างในการบันทึกภาพที่ศึกษา ฯลฯ
ในการวิจัยเรื่องนี้ ความรู้วิทยาศาสตร์พื้นฐานที่นักดาราศาสตร์ทั่วไปต้องใช้ในการอธิบายคือ ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของ Newton ซึ่งแถลงว่า สสารทุกชนิดดึงดูดกันด้วยแรง ซึ่งแปรผกผันกับระยะห่างระหว่างมวลยกกำลังสอง และแปรโดยตรงกับผลคูณระหว่างมวลทั้งสองนั้น ในการใช้สูตรนี้ในระบบที่มีดวงอาทิตย์กับดาวเคราะห์จะได้สูตร GM = V2r เมื่อ G คือ ค่าคงตัวโน้มถ่วงสากล M คือ มวลของดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์มีความเร็ว = V และ r คือ ระยะห่างระหว่างดวงอาทิตย์กับดาวเคราะห์
เพราะ M ในกรณีของดวงอาทิตย์มีค่าคงตัว และ G เป็นค่าโน้มถ่วงสากล ดังนั้นจากสูตรเราจะเห็นได้ว่าเมื่อ r เพิ่ม V จะลด และในทำนองตรงกันข้าม ถ้า r ลด V ก็จะเพิ่ม ทฤษฎีนี้จึงสามารถอธิบายได้ดีว่า เหตุใดดาวพุธที่โคจรอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์จึงมีความเร็วสูง ในขณะที่ดาวเคราะห์แคระพลูโตซึ่งอยู่ไกลมาก จึงมีความเร็วต่ำ
ในกาแล็กซีซึ่งประกอบด้วย ดาวฤกษ์นับแสนล้านดวงโคจรรอบจุดศูนย์กลางของกาแล็กซี ในทำนองเดียวกับในระบบสุริยะที่ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ ความคาดหวังของนักดาราศาสตร์ทุกคนทั้งโลกจึงมีว่า ดาวฤกษ์ที่อยู่บริเวณขอบของกาแล็กซีจะมีความเร็วน้อย ส่วนดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้จุดศูนย์กลางของกาแล็กซีจะมีความเร็วมาก
ดังนั้น เมื่อ Vera Rubin พบว่า ดาวฤกษ์ในบริเวณกลางๆ ของกาแล็กซี ล้วนมีความเร็วเท่าๆ กับดาวฤกษ์ที่อยู่บริเวณขอบๆ
นี่จึงเป็นความตื่นเต้นที่นำมาซึ่งการปฏิรูปความรู้ เพราะนั่นหมายความว่า กฎแรงโน้มถ่วงของ Newton ไม่สมบูรณ์ (ผิด) หรือไม่ก็เอกภพยังมีสสารอีกในปริมาณมากที่ตาเปล่ามองไม่เห็น
ในความเป็นจริง Jan Oort นักดาราศาสตร์ชาวเนเธอร์แลนด์ เมื่อต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 ได้เคยพบว่า แสงจากกาแล็กซี NGC 3115 ไม่สมนัยกับมวลที่มีในกาแล็กซีนั้น แต่ Oort มิได้พูดถึงสสารมืด (dark matter) อย่างชัดแจ้ง
ลุถึงปี 1933 เมื่อ Fritz Zwicky และ Sinclair Smith ศึกษากระจุกของกาแล็กซี และพบว่า บางกาแล็กซีในกระจกมีความเร็วสูงจนไม่น่าจะอยู่เป็นกระจุกกับกาแล็กซีอื่นได้ คือน่าจะกระเด็นหลุดออกมา เว้นแต่ว่าในกาแล็กซีนั้นจะมีมวลลึกลับที่ไม่มีใครเห็นมาก่อนดึงดูดไว้ ข้อเสนอของ Zwicky และ Smith ไม่ได้รับความสนใจ เพราะไม่มีใครเคยเห็น missing mass ที่ว่านี้เลย
ตัว Vera Rubin เองมีความศรัทธาในความคิดที่ว่า กฎของ Newton ไม่ถูกต้องสมบูรณ์ และสมควรได้รับการแก้ไข แต่นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ส่วนใหญ่ยังยืนกรานในความถูกต้องของกฎแรงโน้มถ่วง ดังนั้นจึงคิดว่า กาแล็กซี Andromeda จะต้องมีสสารมืดแฝงตัวอยู่ภายใน โดยอาจประกอบด้วยอนุภาคชนิดใหม่ที่นักฟิสิกส์ยังไม่รู้จักก็เป็นได้ ณ วันนี้ปัญหานี้จึงเป็นประเด็นวิจัยร้อนที่มีความสำคัญเทียบเท่าการค้นหาอนุภาคพระเจ้า (Higgs particle) เลยทีเดียว การศึกษาในเวลาต่อมา แสดงให้เห็นว่า ไม่เพียงแต่ Andromeda เท่านั้นที่มีสสารมืด ในกาแล็กซีอื่นๆ ในเอกภพก็มีสสารมืดเช่นกัน
ดังนั้น Vera Rubin จึงคิดว่า ผลงานที่สำคัญที่สุดในชีวิตเธอ คือ การพิสูจน์ได้ว่า เอกภพมีสสารมืด
ตลอดชีวิต Rubin มีผลงานวิจัยตีพิมพ์กว่า 200 เรื่อง
ในปี 1981 เธอเป็นนักดาราศาสตร์สตรีคนที่สอง (หลัง Margaret Burbridge) ที่ได้รับเลือกเป็นสมาชิกของ National Academy of Sciences ลุถึงปี 1993 ประธานาธิบดี Bill Clinton ได้มอบเหรียญ National Medal of Science ซึ่งมีศักดิ์ศรีสูงสุดให้แก่เธอ
ในปี 1996 เธอได้รับเหรียญทองจาก Royal Astronomical Society จึงนับเป็นคนที่ 2 ต่อจาก Caroline Herschel (ผู้ซึ่งเป็นน้องสาวของ William Herschel ผู้พบดาวยูเรนัส) ที่เคยได้รับในปี 1828
เธอได้รับปริญญา Doctor of Science จากหลายมหาวิทยาลัยรวมทั้ง Harvard และ Yale รวมถึงได้รับเลือกเป็นสมาชิกของ Pontifical Academy of Sciences แห่ง Vatican ด้วย
เธอแต่งหนังสือชื่อ Bright Galaxies: Dark Matter ซึ่งจัดพิมพ์โดย American Institute of Physics Press ในปี 1996
นอกจากนี้ เธอยังมีดาวเคราะห์น้อย 5276 ชื่อ Rubin ด้วย
สำหรับคำแนะนำของเธอต่อนักวิทยาศาสตร์รุ่นหลังๆ คือ “จงทำในสิ่งที่ชอบ”
ณ วันนี้นักดาราศาสตร์ได้ตรวจพบว่า มวล 96% ของเอกภพ เป็นสสารและพลังงานมืดที่กล้องโทรทรรศน์ไม่เห็น และองค์ความรู้นี้มาจากสตรีชื่อ Vera Rubin ผู้มีลูก 4 คนครับ
เกี่ยวกับผู้เขียน
สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน - ภาคีสมาชิกราชบัณฑิตยสถาน และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์
ประวัติการศึกษา - ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์
