คลื่นความโน้มถ่วงคืออะไร? การค้นพบ”คลื่นแรงโน้มถ่วง”จะพาเราไปสู่นวัตกรรมใดบ้าง

หลังจากที่ LIGO ได้ประกาศถึงการค้นพบ คลื่นความโน้มถ่วง (Gravitational Wave) ที่เกิดจากหลุมดำสองหลุม หลายคนอาจจะสงสัยว่า คลื่นแรงโน้มถ่วงคืออะไร และการค้นพบครั้งนี้จะนำพาเราไปสู่นวัตกรรมใดบ้าง มีความเป็นไปได้เรื่องการเดินทางข้ามเวลาหรือไม่ วันนี้ Zcooby จะพยายามหาเวอร์ชั่นที่อ่านแล้วเข้าใจง่ายที่สุดก่อนนะครับ

การค้นพบ “คลื่นความโน้มถ่วง”

วันที่ 11 กุมภาพันธ์ 2016 นี้ ทีมงาน LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) ได้ออกแถลงข่าวยืนยันการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรกของโลก โดยทีมงานเปิดเผยว่าวันที่ 14 กันยายน 2015 ที่ผ่านมา ได้มีการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดจากหลุมดำสองหลุมมวล 29 และ 36 เท่าของดวงอาทิตย์รวมตัวกัน และปลดปล่อยพลังงานในรูปของคลื่นความโน้มถ่วงที่ตรวจพบได้โดยเครื่องตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงทั้งที่ Hanford, Washington และ Livingston, Louisiana ในเวลาเดียวกัน

คลื่นความโน้มถ่วงคืออะไร?

คลื่นความโน้มถ่วง (Gravitational Wave) หรือคลื่นแรงโน้มถ่วง คือคลื่นที่ปลดปล่อยออกมาเมื่อมีวัตถุที่มีมวลมากเคลื่อนที่ด้วยความเร่งหรือมีกิจกรรมที่รุนแรงในอวกาศ เช่น ดาวนิวตรอนคู่โคจรรอบกัน หลุมดำคู่โคจรรอบกัน ซูเปอร์โนวา รังสีแกมมาระเบิดในอวกาศ เป็นต้น

ยกตัวอย่างตามรูปด้านล่างนะครับ

คลื่นแรงโน้มถ่วง

ลองนึกถึงภาพของลูกบอลหนักๆสองลูกที่วางอยู่บนผืนผ้าของอวกาศ สมมติว่าวัตถุทั้งสองนั้นเป็นดาวนิวตรอน ดาวนิวตรอนทั้งสองโคจรรอบกันเร็วมากๆ แล้วคาบการโคจรนั้นก็ค่อยๆลดลง ทำให้ดาวทั้งสองเคลื่อนที่เข้ามาหากัน ในจังหวะนั้นจะมีการปล่อยคลื่นความโน้มถ่วงออกมา (ผืนผ้าบิดงอ คล้ายน้ำกระเพื่อม) โดยลักษณะของคลื่นความโน้มถ่วงนั้น จะอยู่ในรูปของการบิดงอของกาลอวกาศทำให้ระยะทางในสองทิศทางยืดและหดออกไป คล้ายกับการทำให้หนังยางวงกลมบิดเบี้ยวออกเป็นวงรีในทิศทางที่สลับกันไปมา

ซึ่งปัญหาก็คือ คลื่นความโน้มถ่วงนั้นตรวจจับได้ยากมากๆ (ตามทฤษฎีคือ ถ้าคลื่นความโน้มถ่วงเคลื่อนที่ผ่านวัตถุใด คลื่นความโน้มถ่วงจะทำให้วัตถุนั้นยืดออกและหดเข้า สลับๆกันไปตามเวลา) และจังหวะการเกิดปรากฎการณ์นี้ก็คาดเดาได้ยาก ทำให้เราเพิ่งได้ค้นพบคลื่นแรงโน้มถ่วงในยุคปัจจุบัน นับจากการค้นพบของไอสไตน์นับร้อยๆ ปี ครับ

คลื่นแรงโน้มถ่วงเกิดจากอะไร?

นักฟิสิกส์ได้ สรุปว่า คลื่นแรงโน้มถ่วงที่ตรวจจับได้นั้น เกิดมาจากเสี้ยววินาทีสุดท้ายของหลุมดำคู่ชนกัน ที่ท้ายที่สุดแล้วรวมกันเป็นหนึ่งหลุมดำที่มีมวลมากขึ้น และปลดปล่อยพลังงานในรูปของคลื่นความโน้มถ่วง

ซึ่งการชนกันของหลุมดำคู่นั้น”เคย”มีการคาดการณ์เอาไว้ แต่ไม่เคยมีผลการสังเกตการณ์มาก่อน

“คลื่นแรงโน้มถ่วง”เกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วงตามทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอสไตน์อย่างไร ?

(ในส่วนนี้ ขออนุญาตยกข้อความที่เกี่ยวข้องกับเรื่องนี้จากเพจของอาจารย์เจษฎาดังนี้ครับ)

ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอสไตน์

ก่อนจะพูดถึงคลื่นความโน้มถ่วง เราจำเป็นต้อง ต้องอธิบายถึงแรงโน้มถ่วงตามทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอสไตน์ก่อน ไอสไตน์อธิบายว่าแรงโน้มถ่วงเกิดจากมวลทำให้เกิดการบิดงอของกาลอวกาศ คล้ายกับการที่เรายืนบนเตียงนอนทำให้พื้นเตียงรอบๆ เรานั้นบิดงอไป และการบิดงอของกาลอวกาศนี้เป็นตัวส่งผลให้วัตถุมีการเคลื่อนที่อย่างที่เราสังเกตเป็นแรงโน้มถ่วงทุกวันนี้

ผลพลอยได้อย่างหนึ่งของการบิดงอของกาลอวกาศก็คือ แรงโน้มถ่วงจะสามารถทำให้ระยะทางและเวลาเกิดการบิดเบือนได้ ซึ่งสามารถพบได้ชัดเจนในบริเวณที่มีแรงโน้มถ่วงสูง เช่น รอบหลุมดำ

คลื่นความโน้มถ่วง

ถ้าการยืนบนเตียงของเราทำให้เตียงเราโค้งงอได้ การกระโดดขึ้นลงหรือเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วบนเตียงนอนของเราก็จะสามารถแผ่อิทธิพลการโค้งงอออกไปรอบๆ ได้เช่นเดียวกับการโยนก้อนหินลงบนผิวน้ำ เมื่อเราโยนก้อนหินลงไปในทะเลสาป การรบกวนบนผิวน้ำจะแผ่ออกไปรอบๆ เกิดเป็นคลื่นผิวน้ำ

เช่นเดียวกัน การรบกวนในกาลอวกาศโดยมวลจำนวนมาก ก็น่าจะสามารถแผ่อิทธิพลการรบกวนนี้ไปยังกาลอวกาศรอบๆ ได้ อย่างไรก็ตามเนื่องจากเราไม่สามารถเพิ่มหรือทำให้มวลหายไปได้ เราจึงไม่สามารถ “โยน” มวลลงไปยังผิวกาลอวกาศได้ในลักษณะเดียวกับการโยนก้อนหินลงในผิวน้ำ แต่สิ่งที่อาจจะสามารถทำให้เกิดการแผ่คลื่นความโน้มถ่วงได้ก็คือการยุบตัวลงของมวลอย่างรวดเร็ว การโคจรรอบกันของมวลจำนวนมากสองมวล หรือการรวมตัวกันของวัตถุขนาดมหึมาเช่นหลุมดำสองหลุม

สิ่งที่ตามมาหลังจากการค้นพบ คลื่นแรงโน้มถ่วง

  • เป็นการพิสูจน์ทฤษฎีไอน์สไตน์ว่าเป็นจริง
  • เป็นการค้นพบตัวปริศนาในจักรวาล ที่สามารถตอบโจทย์ข้อสงสัยในหลายๆอย่าง ทำให้ต่อยอดความรู้เกี่ยวกับจักรวาลมากขึ้น
  • เปิดยุคใหม่แห่งการสำรวจด้านดาราศาสตร์ เมื่อก่อนเราได้แค่”มอง”ผ่านกล้องต่างๆ ตอนนี้เราสามารถ”ได้ยิน” ได้ด้วย
  • เมื่อมีสถานีตรวจจับมากขึ้น เราสามารถจับการชนกันของหลุมดำได้มากขึ้น และรู้ตำแหน่งของมันได้ชัดเจนขึ้น
  • การตรวจจับสัญญาณที่เข้มทำให้สามารถพิสูจน์ทฤษฎีหลุมดำไม่มีขนได้(no-hair theorem)
  • การศึกษาคลื่นความโน้มถ่วงอาจทำให้เราสามารถเข้าใจธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงได้มากขึ้น

หากคุณต้องการอ่าน Press Release แปลไทย สามารถอ่านได้จากด้านล่างเลยครับ (ที่มาข้อมูล : เพจ เชื่อกู Trust me, I’m a physicist.)

https://www.ligo.caltech.edu/system/media_files/binaries/299/original/Press_Release_Thai.pdf?1455063460

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*