ประกาศรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์! สำหรับการสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงโดยตัวตรวจจับ LIGO!

กระทู้สนทนา

บทความ คลื่นความโน้มถ่วง (Gravitational Wave) ดาราศาสตร์ ฟิสิกส์

จากที่ได้มีการประกาศมอบรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ไปแล้วเมื่อวานนี้ คราวนี้เป็นทีของฟิสิกส์กันบ้างครับ สำหรับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ (Nobel Prize in Physics) นั้น ได้ถูกมอบรางวัลให้ในหัวข้อที่เป็นข่าวดังเมื่อไม่นานมานี้เอง นั่นคือเรื่องของ "คลื่นความโน้มถ่วง" นั่นเองครับ

นักวิจัยที่ได้รับรางวัลโนเบลในครั้งนี้ มาจากหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงโดยใช้อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ชนิดเลเซอร์ (The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory หรือเรียกโดยย่อว่า LIGO) ทั้งหมด 3 ท่าน ได้แก่ ศาสตราจารย์ ดร.เรเนอร์ ไวสส์ ตามมาด้วยศาสตราจารย์ ดร.คิป เอส. ธอร์น และท่านสุดท้ายคือ ศาสตราจารย์ ดร.แบร์รี ซี. บาริช

ย้อนกลับไปเมื่อวันที่ 14 กันยายน ปี 2015 ได้มีการประกาศการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงได้โดยตรงเป็นครั้งแรกของโลก โดยทีมวิจัยจาก LIGO และ Virgo แต่หลายคนก็คงสงสัยพอๆ กับผมนั่นแหละครับ ว่า เอ๊ะ! แล้วคลื่นความโน้มถ่วงนี่มันคืออะไร? ทำไมเราต้องสนใจมันด้วย? มันส่งผลอะไรในชีวิตประจำวันหรอ?

คืองี้ครับ ในปี 1915 (ย้อนไปนับร้อยปี) อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้นำเสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Theory of Relativity) เพื่อนำมาอธิบายถึงแรงโน้มถ่วง เราอาจจะจินตนาการไว้ว่า ดวงดาวนั้นล่องลอยอยู่ในอวกาศ เหมือนกับฟองลูกโป่งที่ลอยอยู่ในอากาศ แต่นั่นก็ไม่สามารถอธิบายได้ว่า แรงโน้มถ่วงเกิดขึ้นได้ยังไง

แต่ทฤษฎีของไอน์สไตน์นั้นบอกไว้ว่า จักรวาลมันไม่ใช่แบบนั้น แต่เป็นการรวมกันของ "กาลอวกาศ" หรือที่ได้ยินบ่อยๆ ว่า Space and Time นั่นแหละครับ กล่าวคือ ทั้งดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ เทหวัตถุในอวกาศต่างๆ นั้น ถูกกดให้จมลงบนแผ่นยางยืดที่มองไม่เห็น ซึ่งผลก็คือทำให้แผ่นยางนั้นบิดงอ และเมื่อมีอุกกาบาตหรือดวงดาวเข้าไปใกล้ มันก็จะไหลวนจนเข้าใกล้กับดาวขนาดใหญ่นั้น และนั้นแหละคือหลักสำคัญในการอธิบายถึง "ความโน้มถ่วง" ระหว่างวัตถุในอวกาศ

อธิบายถึงตรงนี้ บางคนอาจจะงง ลองดูภาพนี้ดูครับ เผื่อจะชัดเจนขึ้น...

ภาพนี้คือ Space and Time ระหว่างโลกและดวงจันทร์ (จริงๆ แล้วกาลอวกาศรอบดวงจันทร์เองก็บิดงอเช่นเดียวกัน แต่โฟกัสที่โลกอย่างเดียวจะเห็นภาพง่ายกว่าครับ) ซึ่งโลกเหมือนถูกมือที่มองไม่เห็น กดลงบนแผ่นยางล่องหน จนกาลอวกาศบิดงอ และการที่โลกสร้างแรงดึงดูดถึงดวงจันทร์ได้ ก็เพราะการบิดงอของกาลอวกาศนี้ โดยที่ดวงจันทร์ก็จะกลิ้งไปรอบๆ หลุมนี้นั่นแหละครับ (แต่จริงๆ แล้วดวงจันทร์มันก็ไม่ได้กลิ้งหรอกนะ)

มาถึงตรงนี้พอจะเข้าใจเรื่อง Space and Time ขึ้นบ้างหรือยังครับ? ถ้าเข้าใจแล้ว คุณได้ไปต่อ...

หลังจากนั้นในปี 1916 ไอน์สไตน์ยังได้เสนออีกว่า เมื่อวัตถุที่มีขนาดใหญ่มากๆ หรือมีแรงโน้มถ่วงสูงมากๆ มาปะทะกัน เช่น ดาวนิวตรอนชนกัน หรือหลุมดำชนกัน จะเกิดคลื่นความโน้มถ่วงขึ้น เหมือนกับเป็นการสั่นแผ่นยางล่องหน แต่ขนาดของคลื่นนั้นจะน้อยมากจนแม้แต่ไอน์สไตน์ยังบอกว่า มนุษย์อาจไม่สามารถวัดคลื่นความโน้มถ่วงนี้ได้ ซึ่งที่ผ่านมาก็ไม่เคยมีนักวิทยาศาสตร์คนไหน สามารถวัดคลื่นความโน้มถ่วงนี้ได้โดยตรงเลยครับ

อ๋า...ไม่เคยวัดได้โดยตรง แต่ก็ต้องมีวัดได้โดยอ้อมมั่งใช่มั้ยล่า?

คำตอบคือใช่ครับ การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงโดยอ้อมนั้น เกิดขึ้นเมื่อราวๆ ปี 1974 จากการสังเกตระบบดาวนิวตรอนคู่ที่มีชื่อว่า PSR B1913+16 จากผลการคำนวณและการสังเกตพบว่า พวกมันเข้าใกล้กันมากขึ้นเรื่อยๆ เพราะสูญเสียพลังงานจากการแผ่คลื่นความโน้มถ่วง (สังเกตในเชิงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) การค้นพบนี้ส่งผลให้นักฟิสิกส์ 2 ท่าน รัสเซลล์ อลัน ฮูล์ส และ โจเซฟ ฮูตัน เทย์เลอร์ จูเนียร์ ได้รับรางวัลโนเบลไปในปี 1993 อีกด้วยครับ

การตรวจจับสัญญาณในวันที่ 14 กันยายน ปี 2015 เป็นการตรวจจับโดยตรง ซึ่งสอดคล้องกับการคำนวณที่ได้จากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ทำให้เราสามารถสรุปได้ว่า เอกภพนั้นเกิดจากการรวมกันของกาลอวกาศจริง และยิ่งไปกว่านั้น มันยังเป็นการสังเกตการณ์สัญญาณจากหลุมดำที่เข้าชนกันได้เป็นครั้งแรกอีกด้วยครับ

คลิปการประกาศรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในวันนี้

ลองฟังเสียงที่เกิดจากการชนกันของหลุมดำกันครับ เป็นคลิปจากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย (California Institute of Technology หรือ Caltech)

มาอัพเดตข่าวสารกันนิดนึง เมื่อเร็วๆ นี้ได้มีการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงได้อีกครั้ง นับเป็นการตรวจพบครั้งที่ 4 ในรอบ 2 ปี ซึ่งก็ยืนยันได้อย่างดีว่า ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์นั้น ยังคงอธิบายจักรวาลของเราได้อย่างถูกต้องแม่นยำ

การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงในครั้งนี้ ตรวจจับได้เมื่อวันที่ 14 สิงหาคมที่ผ่านมา เกิดจากการชนและรวมตัวกันของหลุมดำ 2 แห่งขนาดใหญ่ในกลุ่มดาวอิริดานัส (Eridanus) ซึ่งอยู่ห่างจากโลกไปราวๆ 1,800 ล้านปีแสง โดยการรวมตัวกันของหลุมดำทั้งสอง มีมวล 25 เท่าและ 31 เท่าของดวงอาทิตย์ ได้ให้กำเนิดหลุมดำขนาดใหญ่ขึ้นซึ่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ถึง 53 เท่า

ขอบคุณข่าวจาก หอสังเกตการณ์เวอร์โก-ไลโก พบคลื่นความโน้มถ่วงครั้งที่ 4 | BBC

ตอนแรกตั้งใจไว้ว่าจะศึกษาเกี่ยวกับการตรวจวัดเพิ่มเติม แต่ผมได้อ่านกระทู้ของคุณ kenjiwinness ซึ่งได้อธิบายไว้อย่างละเอียดมาก โดยพูดถึงหลักการทำงานของเครื่อง และรายละเอียดอื่นๆ อีกมากมาย ที่อ่านแล้วเข้าใจได้ไม่ยาก เชิญอ่านได้ที่กระทู้นี้เลยครับ คลื่นความโน้มถ่วง อดีต ปัจจุบัน และอนาคต

ในวันพรุ่งนี้ (วันพุธที่ 4 ตุลาคม) อย่าลืมติดตามการประกาศรางวัลโนเบลสาขาเคมีกันด้วยนะครับ สำหรับรายงานการประกาศรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ผมก็ขอจบแต่เพียงเท่านี้ วันนี้ไม่ค่อยใส่มุกตลกฝืดลงไปมากนัก อาจทำให้อ่านแล้วรู้สึกน่าเบื่อไปบ้าง ก็ต้องขออภัยด้วยนะครับ เพราะผมจำเป็นต้องศึกษาให้ละเอียดก่อนที่จะมาสรุปลงในนี้ ไม่อยากให้ข้อมูลที่ผิดพลาดนะครับ (โหมดจริงจัง หุหุ) เลยไม่รู้จะใส่มุกลงไปตรงไหนเลย