ผลงานรางวัลโนเบล “การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง (Gravitational Wave) ด้วย Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory"

Share

4 ตุลาคม 2560

รางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ประจำปี 2017 ได้แก่ 3 นักวิทยาศาสตร์ ไรเนอร์ ไวส์ (Rainer Weiss) แบร์รี่ ซี. บาร์ริช (Barry C. Barish) และคิป โธรน (Kip Thorne) เจ้าของผลงานสะท้านเอกภพ “การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง (Gravitational Wave) ด้วย Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory" ซึ่งเป็นความร่วมมือกันของนักวิทยาศาสตร์กว่าพันคน ในยี่สิบประเทศทั่วโลก ในปี 1967 Rainer Weiss ได้ออกแบบ Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory หลังจากนั้น Kip Thorne ได้เพิ่มทฤษฏีสนับสนุนถึงการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วงซึ่งสามารถตรวจพบได้โดยการออกแบบของ Weiss ในขณะนี้ Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory อยู่ในความดูแลของ Barry C. Barish

ภาพที่ 1 : อุปกรณ์รับสัญญาณที่มีลักษณะเป็น Laser Interferometer (www.sciencenews.org)

 

        การทำงานของ Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ใช้หลักการว่า เมื่อคลื่นความโน้มถ่วงเดินทางผ่านอุปกรณ์รับสัญญาณซึ่งมีลักษณะเป็น Laser Interferometer (ภาพที่ 1) จะทำให้ระยะห่างระหว่างแต่ละแขนของอุปกรณ์เปลี่ยนไปเพียงเล็กน้อย (เล็กกว่าขนาดของอะตอม 1000 เท่า) 

 

ภาพที่ 2 : แสดงหลักการทำงานของ Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (ภาพ : Wikipedia)

 

        จากภาพที่ 2 เมื่อแสงเดินทางออกจากแหล่งกำเนิดแสง  แสงเลเซอร์จะผ่านไปยังตัวแยกแสง (beamsplitter) แสงที่แยกออกไปนี้จะมีคุณสมบัติเหมือนกันทุกประการ จากนั้นแสงจะเดินทางไปยังกระจกทั้งสองด้าน และสะท้อนกลับมารวมตัวกัน หากแขนทั้งสองมีระยะห่างเท่ากัน แสงจะทำการแทรกสอดกัน และหักล้างกันไปเอง ทำให้เห็นริ้วรอยการแทรกสอดแบบหักล้าง แต่หากมีคลื่นความโน้มถ่วงผ่านเข้ามา จะทำให้ระยะทางระหว่างแขนทั้งสองด้านไม่เท่ากัน เกิดเป็นริ้วรอยการแทรกสอดแบบเสริมกัน 

 

        ในกรณีนี้คลื่นความโน้มถ่วงเดินทางด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วแสง จากการทำนายของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป คลื่นความโน้มถ่วงจะเกิดได้เมื่อมวลถูกเร่ง เช่น หลุมดำคู่ค่อยๆ โคจรเข้าหากัน  

 

        แม้ว่า ณ เวลานั้น ตัวไอน์สไตน์เองก็ไม่เชื่อว่าจะสามารถตรวจจับคลื่นดังกล่าวได้ แม้ว่าคลื่นความโน้มถ่วงจะมีอยู่จริง ซึ่งการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงครั้งนี้ นับเป็นการยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ และยังเป็นการยืนยันการมีอยู่ของวัตถุที่มีมวลมหาศาล แต่ไม่มีการแผ่รังสีใดๆ (หรือหลุมดำ) ด้วย

        ก่อนหน้านี้เราศึกษาเอกภพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งมีข้อจำกัดหลายๆ อย่าง แต่การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วง หรือการสั่นของกาล-อวกาศนั้น เป็นการค้นพบใหม่ ซึ่งทำให้เราสามารถศึกษาเอกภพในแบบที่เราไม่เคยศึกษามาก่อน ที่ผ่านมานักดาราศาสตร์ใช้การคาดการณ์ หรือหลักฐานทางอ้อม เช่นการโคจรรอบกันของพัลซาร์คู่ ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ในปี 1993 ซึ่งเปรียบเทียบได้กับการเปิดหน้าต่างใหม่ของการศึกษาเอกภพอีกรูปแบบหนึ่ง การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงนี้เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของการค้นพบอันยิ่งใหญ่ที่กำลังจะตามมา เมื่อเราค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงได้ เราก็จะสามารถยืนยันปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ต่าง ๆ อีกมากมายที่คาดการณ์เอาไว้ได้ เช่น การยุบตัวของซูเปอร์โนวา ดาวนิวตรอน คอสมิกสตริง ฯลฯ รวมไปถึงการกำเนิดเอกภพ

 

 

ข้อมูล : จอมพจน์ วงศ์เพชรอักษร

นักศึกษาปริญญาโท สาขาฟิสิกส์ดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยบอนน์