ข่าวใหญ่สำหรับวงการฟิสิกส์และดาราศาสตร์ เมื่อนักวิทยาศาสตร์เผยว่าได้เห็นหลักฐานแรกของ “คลื่นความโน้มถ่วง” ซึ่งเป็นการกระเพื่อมของโครงข่าย “กาล-อวกาศ” ที่ “อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์” ได้ทำนายไว้เมื่อศตวรรษก่อน
Scientists prove gravitational wavesHow scientists finally confirmed Einstein’s theory of gravitational waves.
Posted by The Verge on Thursday, February 11, 2016
หลายสำนักข่าวรายงานถึงการค้นพบของ “คลื่นความโน้มถ่วง” (gravitational waves) เช่นเดียวกับเอเอฟพีซึ่งระบุว่า ปรากฏการณ์ดังกล่าวถูกสังเกตโดยเครื่องตรวจวัดใต้ดินในสหรัฐฯ 2 เครื่อง ซึ่งออกแบบมาเพื่อตรวจจับการสั่นไหวน้อยๆ จากคลื่นโน้มถ่วงที่ผ่านเข้ามา ภายใต้โครงการไลโก (LIGO) หรือโครงการหอสังเกตการณ์คลื่นโน้มถ่วงแทรกสอดแสงเลเซอร์ (LASER Interferometer Gravitational-wave Observatory)
ทีมวิจัยประกาศว่า 2 หลุมดำที่รวมตัวกันเมื่อ 1.3 พันล้านปีก่อนนั้น ทำให้มวลมหาศาล 2 ก้อน ส่งการกระเพื่อมออกมาผ่านอวกาศและมาถึงโลกเมื่อวันที่ 14 ก.ย.2015 ซึ่งเป็นเวลาที่เครื่องมือวิทยาศาสตร์อันซับซ้อนได้ตรวจวัดคลื่นดังกล่าว
“จนถึงตอนนี้เราหูหนวกต่อคลื่นโน้มถ่วงมาตลอด แต่วันนี้เราได้ยินเสียงของคลื่นเหล่านั้นแล้ว” เดวิด ไรท์เซ (David Reitze) ผู้อำนวยการบริหารของหอสังเกตการณ์ไลโก กล่าวระหว่างการแถลงข่าว
ไรท์เซและคณะเปรียบเทียบความยิ่งใหญ่ของการค้นพบนี้กับการใช้กล้องโทรทรรศน์ของกาลิเลโอเมื่อ 4 ศตวรรษก่อน เพื่อเปิดยุคสมัยของดาราศาสตร์ยุคใหม่
“ผมว่าเราได้ทำบางอย่างที่มีความสำคัญเทียบเท่าในวันนี้ ผมเชื่อว่าเรากำลังเปิดหน้าต่างสู่เอกภพ” ไรท์เซระบุ
หลังจากเครื่องมือวิทยาศาสตร์ตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงได้แล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังต้องใช้เวลาอีกหลายเดือนเพื่อตรวจสอบข้อมูล และส่งเข้ากระบวนการตรวจสอบของผู้ทรงคุณวุฒิ ก่อนที่จะประกาศการค้นพบดังกล่าวเมื่อวันที่ 11 ก.พ.2016
การค้นพบดังกล่าวเป็นการบรรลุจุดสุดยอดในความพยายามหลายสิบปีของทีมนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกร่วม 1,000 คนจาก 16 ประเทศ อ้างตามข้อมูลจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์สหรัฐฯ (National Science Foundation) ซึ่งให้ทุนสนับสนุนงานวิจัยครั้งนี้
คลื่นความโน้มถ่วงเป็นการวัดความตึงในอวกาศ ซึ่งเป็นผลจากการเคลื่อนที่ของมวลขนาดใหญ่ที่ยืดโครงข่ายกาล-อวกาศ ซึ่งเป็นวิธีการมองเวลาและพื้นที่ให้เป็นภาวะต่อเนื่องที่ถูกถักทอให้เป็นหนึ่งเดียว คลื่นดังกล่าวเดินทางด้วยความเร็วเท่าแสงและไม่อะไรจะหยุดหรือกั้นคลื่นดังกล่าวได้
ด้านไอนสไตน์ผู้สร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (general relativity) กล่าวว่า กาล-อวกาศสามารถเปรียบได้กับตาข่ายที่โค้งงออยู่ใต้น้ำหนักของวัตถุ เมื่อวัตถุที่มีความเร่งเชิงมวล เช่น 2 หลุมดำที่หมุนรอบกันและกัน ได้ส่งคลื่นความโน้มถ่วงออกมารอบๆ ด้วยความเร็วเท่าแสง เหมือนการกระเพื่อมจากก้อนกรวดที่ถูกโยนลงน้ำ
คลื่นโน้มถ่วงรุนแรงที่สุดเกิดจากกระบวนการเปลี่ยนแปลงรุนแรงอย่างฉับพลันที่สุดเท่าที่มนุษย์รู้จัก อย่างการรวมตัวของหลุมดำ การระเบิดของดาวฤกษ์ขนาดมหึมา หรือกำเนิดเอกภพเมื่อ 1.38 หมื่นล้านปีก่อน
อย่างไรก็ดี แม้นักวิทยาศาสตร์จะคำนวณคลื่นความโน้มถ่วงได้ก่อนหน้านี้ แต่ยังไม่เคยมีใครวัดคลื่นดังกล่าวได้โดยตรงมาก่อน
อ้างตามเดวิด ชูเมคเกอร์ (David Shoemaker) หัวหน้าทีมการประยุกต์ไลโกจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเสตส์ (MIT) เอเอฟพีระบุว่าเหมือนนักวิทยาศาสตร์คิดเองว่าน่าจะวัดได้ ซึ่งรูปคลื่นที่พวกเขาคำนวณได้โดยอาศัยทฤษฎีเมื่อปี 1916 ของไอน์สไตน์ สอดคล้องพอดีกับสิ่งสังเกตได้เมื่อปี 2015
“สิ่งที่วัดได้ฟังเหมือนเสียงจอแจ ซึ่งเริ่มต้นที่ความถี่ต่ำ สำหรับเราความถี่ต่ำหมายถึง 20 หรือ 30 เฮิร์ตซ์ คล้ายโน้ตเสียงต่ำสุดของกีตาร์ทุ้ม แล้วภายในเสี้ยววินาทีก็เพิ่มความถี่ขึ้นไปเป็น 150 เฮิร์ตซ์หรือมากกว่า ซึ่งใกล้เสียง C กลางของเปียโน”
ชูเมคเกอร์อธิบายต่อว่า เสียงจอแจนั้นสัมพันธ์กับการโคจรของ 2 หลุมดำที่เล็กลงๆ เรื่อยๆ แต่ความเร็วของวัตถุทั้งสองนั้นเร็วขึ้นๆ เรื่อยๆ จนกระทั่ง 2 วัตถุกลายเป็นวัตถุเดียว และที่ปลายสุดท้ายของรูปคลื่น พวกเขาเห็นการกระเพื่อมของหลุมดำระยะสุดท้ายราวกับว่าหลุมดำนั้นทำขึ้นจากเยลลี่ ก่อนจะเข้าสู่สถานะคงที่
สำหรับเครื่องตรวจวัดไลโกรูปตัว L ทั้ง 2 เครื่องที่มีความยาวแต่ละเครื่องประมาณ 4 กิโลเมตรนั้น ถูกคิดและสร้างขึ้นโดยนักวิจัยจากเอ็มไอทีและคาลเทค (Caltech) เครื่งหนึ่งตั้งอยู่ที่แฮนฟอร์ด วอชิงตัน อีกเครื่องตั้งอยู่ที่ลิฟวิงสตัน หลุยเซียนา
นอกจากนี้ยังมีเครื่องตรวจวัดคล้ายกันรุ่นปรับปรุงชื่อ “เวอร์โก” (VIRGO) ซึ่งมีกำหนดเปิดใช้งานที่อิตาลีปลายปีนี้ อีกทั้งญี่ปุ่นและอินเดียก็มีแผนเปิดเครื่องวัดประเภทเดียวกันนี้ในปีถัดๆ ไป
ด้าน ทัค สเตบบินส์ (Tuck Stebbins) หัวหน้าห้องปฏิบัติการดาราศาสตร์ฟิสิกส์โน้มถ่วง จากศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ด (Goddard Spaceflight Center) ขององคืการบริหารการบินอวกาศสหรัฐฯ (นาซา) อธิบายว่าเครื่องตรวจวัดไลโกนั้นเป็นหนึ่งในเครื่องจักรซับซ้อนที่สุดที่สร้างโดยมนุษย์
สำหรับสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่ถูกตรวจวัดเมื่อเวลา 23.41 น.ของวันที่ 14 ก.ย.ปีที่ผ่านมาตามเวลาประเทศไทยนั้นเป็นคลื่นที่เกิดขึ้นก่อนการรวมตัวของหลุมดำเพียงเสี้ยววินาที โดยตำแหน่งของหลุมดำนั้นอยู่ทางซีกฟ้าใต้ แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถระบุตำแหน่งที่แน่ชัด
จากการวิเคราะห์ของทีมนักวิจัยจากเอ็มไอทีและคาลเทค พบว่าหลุมทั้งสองรวมตัวกันเมื่อประมาณ 1.3 พันล้านปีก่อน โดยมีมวลรวมกันมากกว่าดวงอาทิตย์ของเรา 29-36 เท่า
คลื่นโน้มถ่วงมาถึงเครื่องตรวจวัดที่หลุยเซียนาก่อน หลังจากนั้น 7.1 มิลลิวินาทีจึงไปถึงเครื่องตรวจวัดที่วอชิงตัน ซึ่งทั้งสองเครื่องอยู่ห่างกันประมาณ 3,000 กิโลเมตร และเพราะทั้งสองเครื่องตรวจวัดอ่านค่าได้เหมือนกัน ทีมนักวิทยาศาสตร์จึงมั่นใจว่าการค้นพบของพวกเขาได้รับการยืนยัน
นอกจากนี้ยังมีการพิสูจน์คลื่นความโน้มถ่วงทางอ้อมจากการค้นพบเมื่อปี 1973 ผ่านการศึกษา พัลซาร์และดาวนิวตรอน ซึ่งการศึกษาดังกล่าวส่งผลให้ รัสเซล ฮัลส์ (Russell Hulse) และโจเซฟ เทย์ลอร์ (Joseph Taylor) ผู้ศึกษาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์เมื่อปี 1993
