คนส่วนใหญ่มีภาพของอวกาศอยู่ในใจว่าเป็นความว่างเปล่าที่อยู่ระหว่างดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ หลุมดำ พัลซาร์ และกาแล็กซี แต่ Kip Thorne ซึ่งครองตำแหน่งศาสตราจารย์ฟิสิกส์ที่ California Institute of Technology ได้ใช้เวลาร่วม 50 ปี แสดงให้เห็นว่า อวกาศในมุมมองของเขาเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างเอกภพที่มี 4 มิติ คือ 3 มิติของระยะทาง และ 1 มิติของเวลา และเป็นสิ่งที่สามารถบิด โค้ง งอ ยืดออก และหดเข้าได้ เวลามีมวลเคลื่อนที่ผ่าน และตามคำทำนายในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Albert Einstein เช่นว่า เวลาหลุมดำสองหลุมเคลื่อนที่เข้าชนกัน พลังงานมหาศาลที่สูญเสียไปในการชนจะทำให้เกิดคลื่นโน้มถ่วงที่เคลื่อนที่ออกไปในอวกาศด้วยความเร็วแสง และ Thorne ก็ได้แสดงให้เห็นว่า การวัดทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น เวลาที่เกิดการชน และความถี่ของคลื่นสามารถบอกที่มาของเหตุการณ์ได้ รวมถึงสามารถช่วยให้เราได้เห็นเหตุการณ์ที่เกิดในเสี้ยวของวินาทีแรกที่เอกภพถือกำเนิด (Big Bang) ได้ด้วย
ทฤษฎีของ Thorne ได้มีบทบาทสำคัญในการทำให้สถาบันวิทยาศาสตร์ของสหรัฐฯ สร้างอุปกรณ์ LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) ขึ้นมา 2 เครื่องที่รัฐ Lousiana และรัฐ Washington ซึ่งอุปกรณ์นี้สามารถวัดการยืดออกและหดเข้าของปริภูมิ-เวลาที่น้อยนิดเป็นระยะทาง 1/1000 ของเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคโปรตอนได้ และการสังเกตเห็นคลื่นเมื่อปี 2015 ได้ทำให้ Thorne ได้รับ ¼ ของรางวัลโนเบลฟิสิกส์ประจำปี 2017 ร่วมกับ Rainer Weiss แห่ง MIT Massachusetts Institute of Technology และ Barry Barish แห่ง California Institute of Technology
นอกจากจะมีผลงานด้านทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับคลื่นโน้มถ่วงแล้ว Thorne ยังมีผลงานบุกเบิกอีกหลายเรื่องเช่น ธรรมชาติของหลุมดำ การเดินทางข้ามเวลาและย้อนเวลา อันตรกริยาโน้มถ่วงเชิงควอนตัม และรูหนอน ฯลฯ ในยาม “ว่าง” Thorne จะเขียนบทความวิชาการเผยแพร่ความรู้วิทยาศาสตร์ให้ประชาชนทั่วไปเข้าใจสนุกและซาบซึ้งในความสำคัญของวิทยาศาสตร์ ผลงานหนังสือเรื่อง Black Holes and Time Warp ของ Thorne ทำให้ได้รับรางวัลการเขียนหนังสือจากสมาคม American Institute of Physics
ในปี 1991 เมื่อ Caltech ได้เสนอให้ Thorne ขึ้นครองตำแหน่งศาสตราจารย์ Feynman Professor of Theoretical Physics (Richard Feynman คือ นักฟิสิกส์ทฤษฎีรางวัลโนเบลปี 1965 จากผลงาน Space-Time Approach to Quantum Electrodynamics) Thorne ได้ปฏิเสธที่จะรับตำแหน่งนั้น เพราะคิดว่าตนมีความสามารถเพียง 80% ของ Feynman เท่านั้นเอง จึงไม่บังควรจะครองตำแหน่งทรงเกียรติที่มีชื่อเสียงนั้น แต่ในที่สุดเขาก็ยินดีรับตำแหน่ง
เวลาผู้สื่อข่าวถาม Thorne ว่า อะไรคือจุดสูงสุดในชีวิตของเขา Thorne ตอบว่า การได้ผลิตผลงานวิจัยร่วมกับนิสิตปริญญาเอกจำนวนประมาณ 60 คน เพราะผลงานที่โดดเด่นเหล่านั้นมักเป็นงานที่นิสิตทำ โดย Thorne เป็นคนกำหนดโจทย์และเสนอวิธีแก้ปัญหา จากนั้นก็ให้นิสิตลุยต่อจนงานลุล่วง ผลงานจึงคิดเป็นของนิสิต: Thorne ในอัตรา 90:10
Kip Thorne เกิดเมื่อ 1 มิถุนายน ปี 1940 ที่เมือง Logan ในรัฐ Utah ของสหรัฐอเมริกา บิดา มารดาเป็นศาสตราจารย์ด้านธรณีวิทยาและเศรษฐศาสตร์ในสังกัดมหาวิทยาลัย Utah State ตามลำดับ
Thorne เล่าว่า มารดาเป็นคนจูงใจให้เขาสนใจดาราศาสตร์มาตั้งแต่เด็ก ด้วยการชักนำให้อ่านหนังสือดาราศาสตร์ชื่อ One, Two, Three…Infinity ของนักฟิสิกส์ George Gamow (ผู้เสนอทฤษฎี Big Bang ในปี 1948 ร่วมกับ Ralph Alpher และ Hans Bethe)
Thorne เล่าว่า เขาได้อ่านหนังสือเล่มนั้นจบ 4 ครั้ง และได้เล่าให้ Gamow ฟังเกี่ยวกับความชื่นชมนี้ ในเวลาต่อมาเมื่อ Gamow ใกล้จะเสียชีวิต เขาได้มอบหนังสือเล่มนี้ให้ Thorne พร้อมลายเซ็น แล้วบอกว่าเพื่อให้อ่านอีกเป็นครั้งที่ 5
ในปี 1960 Thorne วัย 20 ปีได้เข้าเรียนฟิสิกส์ระดับปริญญาตรีที่มหาวิทยาลัย Caltech และได้ไปเรียนจบปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัย Princeton ในช่วงเวลานั้นแทบไม่มีใครพูดถึงดาวนิวตรอน หลุมดำ และคลื่นโน้มถ่วงเลย แม้แต่ Subrahmanyan Chandrasekhar (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ ปี 1983 จากการศึกษาวิวัฒนาการของดาวฤกษ์) ก็เคยเลี่ยงที่จะวิจัยเรื่องทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เพราะคิดว่า ถ้าใครคิดจะทำเรื่องนี้ก็เท่ากับจะขุดหลุมฝังตัวเอง เพราะเขาเชื่อว่าไม่มีใครจะสามารถสร้างอุปกรณ์เพื่อตรวจสอบผลคำนวณได้
ที่มหาวิทยาลัย Princeton Thorne ได้พบอาจารย์ที่ประเสริฐ 2 คนคือ Robert Dicke ผู้กำลังครุ่นคิด เรื่องเหตุการณ์ที่เกิดหลัง Big Bang นั่นคือเมื่อประมาณ 14,000 ล้านปีก่อน ในขณะที่เอกภพมีอุณหภูมิสูง 1040 เคลวิน จากนั้นรังสีก็จะเริ่มเปลี่ยนสภาพเป็นสสารแล้ว เอกภพเริ่มการขยายตัวด้วยความเร็วสูงยิ่งกว่าแสง ทำให้อุณหภูมิของรังสีลดลงๆ ทีละน้อย จนกระทั่งปัจจุบันจะเป็นรังสีที่มีอุณหภูมิประมาณ 3 เคลวิน จึงเป็นรังสีที่มีความยาวคลื่นในระดับไมโครเวฟ (คือมีความยาวคลื่นตั้งแต่ 0.05 มิลลิเมตร ถึง 50 เซนติเมตร) โดยมีความยาวคลื่นที่ 2 มิลลิเมตรในปริมาณมากที่สุด ทฤษฎีของ Dicke ได้พยากรณ์ว่ารังสีนี้มีอยู่ทุกหนแห่งในเอกภพ จึงเรียกว่ารังสีภูมิหลัง ในปี 1964 Arno Penzias กับ Robert Wilson ได้พบรังสีนี้ หลักฐานนี่จึงแสดงว่า Big Bang ได้เกิดขึ้นจริง และผลงานนี้ทำให้ Penzias กับ Wilson ได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1978
Thorne ยอมรับว่า Dicke คือ บุคคลสำคัญที่ได้ชักนำให้เขาพยายามหาวิธีตรวจสอบความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein
ส่วนอาจารย์คนที่สองที่ได้สร้างแรงดลใจให้ Thorne มากคือ John A. Wheeler ผู้เคยทำงานร่วมกับ Niels Bohr (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1922) เรื่องแบบจำลองหยดของเหลวของนิวเคลียส และเป็นคนที่สนใจการสังเคราะห์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปกับทฤษฎีควอนตัม Wheeler เป็นครูที่ประเสริฐมากอีกคนหนึ่งของ Thorne เพราะชอบทุ่มเทเวลาในการสอน ตรวจแก้ สไตล์การเขียนรายงานของนิสิตให้สละสลวย ถูกต้อง และกระชับ จนใครๆ ก็อ่านเข้าใจสิ่งที่เขียนได้ นอกจากนี้ Wheeler ก็ยังเป็นคนบัญญัติคำฟิสิกส์ใหม่ๆ เช่น black hole, neutron, superspace, moderator และ wormhole ด้วย
หลังจากที่ Thorne สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอก เขาได้กลับไปเป็นอาจารย์สอนที่ Caltech ในปี 1966 และทำวิจัยเรื่อง wormholes, neutron stars, black holes, time machine และ star clusters
ผลงานเหล่านี้ทำให้ Thorne ได้รับเลือกเป็นสมาชิกของ National Academy of Sciences (ซึ่งมีศักดิ์ศรีเทียบเท่ากับ Fellow of the Royal Society ของอังกฤษ) ในวัยเพียง 33 ปี ด้วยผลงานการใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในวิชาฟิสิกส์ดาราศาสตร์ โดยการถอดความหมายของสูตรต่างๆ ออกมาให้นักดาราศาสตร์สามารถตรวจสอบได้
ขณะเป็นอาจารย์สอนที่ Caltech Thorne กับ Charles Misner และอาจารย์ที่ปรึกษา John Wheeler ร่วมกันเขียนตำราชื่อ Gravitation ซึ่งเป็นตำราคลาสสิกที่ใครก็ตามที่สนใจเรื่องทฤษฎีแรงโน้มถ่วงจะต้องอ่าน และคนในวงการมักเรียกชื่อย่อของตำราว่า MTW ตามอักษรแรกของชื่อผู้ประพันธ์ทั้งสาม
ในปี 1992 โครงการ LIGO ก็ได้ถือกำเนิดหลังจากที่ Thorne ได้พิสูจน์ให้เห็นว่า เวลาคลื่นโน้มถ่วงเคลื่อนที่ผ่านวัตถุๆ นั้นจะยืดตัวออก และในเวลาต่อมาจะหดตัวเข้า ในทิศที่ตั้งฉากกัน ดังนั้น LIGO จึงต้องมีแขนทั้งสองข้าง ที่วางตัวในแนวตั้งฉากกัน เพื่อตรวจจับคลื่นโน้มถ่วง
อีก 23 ปีต่อมามนุษย์ก็ได้ยินเสียงคลื่นโน้มถ่วงเป็นครั้งแรก และเมื่อวันที่ 3 ตุลาคม ค.ศ.2017 Thorne ก็รู้ว่า ตนเป็นหนึ่งในสามของผู้พิชิตรางวัลโนเบลฟิสิกส์ประจำปี และ Thorne ได้ให้สัมภาษณ์เกี่ยวกับความรู้สึกในวันนั้นว่า รู้สึกยินดีมาก เพราะเป็นผลงานที่สำคัญอันเกิดจากความร่วมมือของคนนับพัน ในขณะเดียวกันก็ประหลาดใจเล็กน้อย เพราะการค้นพบคลื่นเพิ่งเกิดขึ้นเมื่อปีกลายนี้เอง จึงนับว่าค่อนข้างเร็วที่ได้รับรางวัล
Thorne ได้อ้างถึง Einstein ว่า ตัวคนเขียนทฤษฎีไม่เชื่อว่าคลื่นนี้จะได้รับการพิสูจน์ว่ามีจริง เพราะในสมัยที่ Eintein ยังมีชีวิตอยู่ โลกยังไม่มี laser, supercomputers, technology ชั้นสูง และความเข้าใจในต้นกำเนิดของคลื่น เช่น ดาวนิวตรอน และหลุมดำที่ปลดปล่อยคลื่นออกมาเวลามันชนกัน
Thorne เชื่อว่า ในทศวรรษหน้านี้ คลื่นโน้มถ่วงจะทำให้เราเข้าใจธรรมชาติของเอกภพดีขึ้นมาก และเราจะเห็นหลุมดำแยกสลายดาวนิวตรอนจะเห็นดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็ว โดยยานอวกาศ LISA (Laser Interferometer Space Antenna) ที่จะเริ่มทำงานในปี 2030 เห็นเหตุการณ์ถือกำเนิดของเอกภพในเสี้ยววินาทีแรกๆ และอาจจะเห็นสิ่งที่ไม่คาดคิดอีกหลายเรื่อง
ในความเห็นส่วนตัวเกี่ยวกับรางวัลโนเบลที่ได้รับ Thorne คิดว่า รางวัลโนเบลปัจจุบัน ควรพิจารณาถึงคณะทำงานที่ประกอบด้วยคนนับพันด้วย เพราะคนเหล่านั้นล้วนมีบทบาททำให้อุปกรณ์ LIGO ทำงานได้ ในทำนองเดียวกับรางวัลโนเบลสาขาสันติภาพที่มอบให้แก่องค์การ
อ่านเพิ่มเติมจาก Modern Classical Physics: Optics Fluids, Plasmas, Elasticity, Relativity โดย Kip S. Thorne and Roger D. Blandford จัดพิมพ์โดย Princeton University Press ปี 2017
เกี่ยวกับผู้เขียน สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" จาก "ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน" ได้ทุกวันศุกร์
