พบแรงกระเพื่อมหลัง “บิ๊กแบง” สานสู่ฝันไอน์สไตน์

นักดาราศาสตร์เผยพบการกระเพื่อมของ “กาล-อวกาศ” ซึ่งเป็นเสียงก้องจากการระเบิดครั้งใหญ่ที่เกิดขึ้นหลัง “บิ๊กแบง” ไม่นาน พร้อมยกให้การค้นพบครั้งนี้เป็น “จอกศักดิ์สิทธิ์” ของวงการตามรายงานของรอยเตอร์ ซึ่งจะนำไปสู่ความเข้าใจว่าเอกภพเริ่มต้นอย่างไร และอาจทำให้ฝันของไอน์สไตน์เป็นจริงนั่นคือการรวมแรงในธรรมชาติให้เป็นหนึ่งเดียว

ทั้งนี้ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ได้พยากรณ์ไว้เมื่อราว 100 ปีก่อน ว่าการค้นพบการกระเพื่อมหรือคลื่นความโน้มถ่วงนี้จะเป็นความสำเร็จในชัยชนะอันยิ่งใหญ่ของสติปัญญามนุษย์ ซึ่งความเข้าใจว่าเอกภพเริ่มต้นอย่างไรและวิวัฒนาการสู่ไปเป็นเอกภพที่อุดมไปด้วยกาแล็กซี่ ดวงดาว เนบิวลา และยืดขยายจนเกือบจะเป็นที่ว่างเปล่าได้อย่างไรนั้น จะเต็มความเข้าใจเกี่ยวกับเอกภพ

มาร์ค คามิออนโกสกี (Marc Kamionkowski) นักฟิสิกส์มหาวิทยาลัยจอห์นสฮอปกินส์ (Johns Hopkins University) สหรัฐฯ และเป็นหนึ่งในทีมผู้ร่วมทำการค้นพบเผยแก่ผู้สื่อข่าวว่า การตรวจพบการกระเพื่อมซึ่งเปรียบเสมือนเสียงก้องนี้คือตัวต่อของจักรวาลที่ขาดหายไป

การกระเพื่อมหรือคลื่นความโน้มถ่วงนี้ เป็นลูกคลื่นอ่อนๆ ยุคแรกเริ่มของเอกภพที่เคลื่อนตัวไปทั่วจักรวาลด้วยความเร็วแสง ซึ่งรอยเตอร์ระบุว่า นักดาราศาสตร์ต่างค้นหาการกระเพื่อมนี้มานานหลายทศวรรษ เนื่องจากเป็นหลักฐานยืนยัน 2 ทฤษฎีที่ยังขาดไป

ทฤษฎีหนึ่งคือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ที่ตีพิมพ์ครั้งแรกเมื่อปี 1915 และเป็นการเริ่มต้นยุคแห่งการวิจัยกำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล โดยทฤษฎีนี้อธิบายถึงแรงโน้มถ่วงว่าเป็นการเปลี่ยนรูปของอวกาศ เนื่องจากวัตถุขนาดใหญ่ โดยไอน์สไตน์กำหนดให้อวกาศเป็นเหมือนผืนผ้าห่มที่บางเบาและถูกฝังด้วยดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ ทำให้อวกาศนั้นโค้งมนแทนที่จะแบนราบ

เจมี บอค (Jamie Bock) นักฟิสิกส์สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียในพาสาเดนา สหรัฐฯ และเป็นนักวิทยาศาสตร์ผู้มีบทบาทหลักในความร่วมมือครั้งนี้ บอกว่าไอน์สไตน์ได้กล่าวไว้ว่า ความโค้งมนของอวกาศนั้นไม่คงที่ แต่เคลื่อนตัวเหมือนน้ำในทะเลสาบ หรือคลื่นแผ่นดินไหวในเปลือกโลก และคลื่นความโน้มถ่วงนี้ได้บิดอวกาศให้เป็นไปในทิศทางเดียวและยืดออกไปอีกทิศทางหนึ่ง

ส่วนอีกทฤษฎีเป็นทฤษฎีที่เพิ่งพัฒนาขึ้นไม่นานเมื่อราวปี 1980 ซึ่งพยากรณ์เกี่ยวกับการพองตัวของจักรวาล โดยทฤษฎีนี้เริ่มขึ้นด้วยแนวคิดที่ได้รับการยอมรับเป็นอย่างดีว่า เอกภพนั้นกำเนิดขึ้นจากบิ๊กแบง ซึ่งเป็นการระเบิดของกาล-อวกาศ เมื่อราว 1.38 หมื่นล้านปีก่อน ตามทฤษฎีระบุว่าชั่วขณะหลังจากเกิดบิ๊กแบง จักรวาลในระยะเริ่มต้นก็ขยายตัวอย่างรีบเร่ง และพองตัวออกมากกว่าเดิมเป็น 100 ล้านล้านเท่า ทำให้เกิดการขยายตัวของอวกาศและเพิ่มขนาดการกระเพื่อมเล็กๆ ของแรงโน้มถ่วง ทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วง

ถึงแม้ทฤษฎีเกี่ยวกับการพองตัวของจักรวาลนี้จะได้การสนับสนุนจากผลการทดลองเป็นอย่างดี แต่ความล้มเหลวในการค้นหาคลื่นความโน้มถ่วง ทำให้นักจักรวาลวิทยาไม่น้อยลังเลที่จะสนับสนุนทฤษฎีนี้ ทว่าก็มีการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งใหญ่กว่าที่นักจักรวาลวิทยาได้พยากรณ์ไว้ถึง 2 เท่า เป็นสิ่งบ่งบอกว่ายังมีความท้าทายอีกมากให้นักดาราศาสตร์ได้เรียนรู้ว่าการพองตัวนั้นทำงานอย่างไร 

เอวี เลิร์บ นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยฮาวาร์ด กล่าวว่า คลื่นความโน้มถ่วงที่พบนั้นไม่เพียงเปรียบเสมือน “เขม่าปืน” ของการพองตัว แต่ยังบอกเราด้วยว่าการพองตัวของจักรวาลนั้นเกิดขึ้นเมื่อไร และกระบวนการที่เกิดขึ้นทรงพลังมากแค่ไหน ความแรงของสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงนั้นยังสัมพันธ์กับลักษณะการขยายตัวของเอกภพในช่วงที่มีการพองตัวว่ารุนแรงแค่ไหน

นักดาราศาสตร์ใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุที่เรียกว่า BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วง โดยกล้องโทรทรรศน์ดังกล่าวได้กวาดสำรวจทั่วท้องฟ้าจากขั้วโลกใต้ เพื่อตรวจสอบรังสีพื้นหลังเอกภพ (cosmic microwave background) หรือ CMB รังสีอ่อนๆ ที่แผ่กระจายไปทั่วเอกภพ ซึ่งถูกค้นพบเมื่อปี 1964 โดยนักดาราศาสตร์ของเบลล์แล็บส์ (Bell Labs) ในนิวเจอร์ซี

รังสีพื้นหลังดังกล่าวเป็นคลื่นความโน้มถ้วงหรือแสงเรืองจางๆ ที่กระจายไปทั่วเอกภพเมื่อราว 380,000 ปีหลังระเบิดบิ๊กแบง โดยเอเอฟพียังอ้างความเห็นของเลิร์บว่าการค้นพบครั้งนี้นำไปสู่เงื่อนงำของคำถามพื้นฐานที่สุดว่า ทำไมจึงมีเราอย่างทุกวันนี้ และเอกภพเริ่มต้นขึ้นได้อย่างไร

สอดคล้องกับความเห็นของ จอห์น วอเมอร์สลีย์ ผู้บริหารระดับสูงของสภาอำนวยการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของอังกฤษที่สนับสนุนงานวิจัยด้านจักรวาลวิทยา ซึ่งบอกว่าการค้นพบนี้เติมเต็มความรู้หนึ่งใน 3 เสาหลักสำคัญของจักรวาลวิทยายุคใหม่คือ การพองตัว สสารมืดและพลังงานมืด ซึ่งหากไม่มีการพองตัวของเอกภพก็จะไม่มีเราอย่างทุกวันนี้

นอกจากนี้ทางด้านรอยเตอร์ระบุอีกว่า การตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงอาจช่วยให้นักฟิสิกส์ทำฝันของไอน์สไตน์ให้เป็นจริง นั้นคือการรวมแรงทั้งหมดในธรรมชาติให้เป็นหนึ่งเดียว ซึ่งตอนนี้นักฟิสิกส์รวม 3 ใน4 แรงได้แล้ว คือ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนซึ่งทำให้เกิดการแผ่รังสี และแรงนิวเคลียสอย่างเข้มที่ยึดโปรตอนและนิวตรอนไว้ที่นิวเคลียส แต่สำหรับแรงที่สี่คือแรงโน้มถ่วงที่นั้นแปลกประหลาดกว่า เพราะแสดงออกถึงคุณสมบัติของอวกาศ (space) มากกว่าที่จะเป็นความต่อเนื่องของอนุภาคมูลฐานหรือควอนตัมหรืออนุภาคอย่างที่แรงอื่นๆ เป็น

นักจักรวาลวิทยาเชื่อว่าเอกภพดีดตัวออกจากปริมาตรที่เล็กยิ่งกว่าอนุภาคมูลฐาน ซึ่งการพองตัวของเอกภพได้รับอิทธิพลจากปรากฏการณ์ควอนตัม ส่วนคลื่นความโน้มถ่วงดั้งเดิมก็ถูกสร้างขึ้นจากกระบวนการทางควอนตัมเช่นกัน และหากเป็นเช่นนั้น สุดท้ายแล้วการตรวจสอบคลื่นความโน้มถ่วงที่กระจายทั่วเอกภพทุกวันนี้ของนักวิทยาศาสตร์ อาจเผยให้เห็นว่า แรงทั้งสี่ในธรรมชาติอาจเกิดขึ้นจากแรงเพียงหนึ่งเดียวอย่างที่ไอน์สไตน์ฝันไว้