อ.เจษฏา อธิบายแบบให้เข้าใจง่าย "นักวิทยาศาสตร์ยืนยันทฤษฎีคลื่นความโน้มถ่วงของไอสไตน์ได้อย่างไร"(มีคลิป)

"นักวิทยาศาสตร์ยืนยันทฤษฎีคลื่นความโน้มถ่วงของไอสไตน์ได้อย่างไร"
(คลิปนี้ดูง่ายสุดแล้ว เลยแปลคำต่อคำ มาให้ดูกันนะครับ)

คลื่นความโน้มถ่วง (gravitation wave) ก็เหมือนกับการกระเพื่อมของสเปซไทม์ (spacetime หรือ ปริภูมิเวลา หรือ กาลอวกาศ) สเปซไทม์คืออะไร ลองจินตนาการว่ามันเป็นผ้าห่มผืนนี้ ซึ่งเรากำลังจะย่อมิติทั้ง 4 ให้กลายเป็น 3 มิติ

เมื่อวางวัตถุขนาดเล็กบนผ้าห่ม พื้นผิวของผ้าห่มจะไม่เปลี่ยนรูปร่างไปมากนัก วัตถุจะแค่กลิ้งข้ามไปเป็นเส้นตรง แต่ถ้าคุณวางวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่า มวลมากกว่า ลงบนพื้นผิวของผ้าห่ม มันจะไปบิด (warp) รูปร่างโดยรวมไปอย่างมีนัยสำคัญ และส่งผลกระทบต่อวัตถุอื่นที่เคลื่อนที่ผ่านมา

นี่คือเหตุผลเบื้องต้นว่าแรงโน้มถ่วงนั้นทำงานอย่างไรในจักรวาลของเรา นั่นคือ วัตถุที่ดูเหมือนจะถูกดึงดูดเข้าหากัน จริงๆแล้ว พวกมันเคลื่อนที่ไปตามความโค้งของสเปซไทม์ที่ถูกสร้างขึ้นโดยวัตถุอื่นๆ ที่มีขนาดใหญ่กว่า

ทีนี้ ลองเปลี่ยนสถานการณ์ไปอีกซักหน่อย แทนที่จะเป็นผืนผ้าห่ม ลองจินตนาการว่าสเปซไทม์เป็นสระน้ำ ถ้าคุณเคลื่อนวัตถุผ่านน้ำ มันจะเกิดการกระเพื่อมของน้ำออกไป สถานการณ์เช่นนี้ก็เกิดขึ้นเหมือนกัน เมื่อมีมวลขนาดใหญ่เคลื่อนที่ผ่านอวกาศ มันก็จะสร้างคลื่นความโน้มถ่วงขึ้นมาบิดสเปซไทม์ให้โค้งงอได้

ทุกๆ คนเห็นพ้องกันโดยพื้นฐานว่าคลื่นความโน้มถ่วงนั้นมีอยู่จริง แต่ไม่มีใครเคยสามารถพิสูจน์มันได้มาก่อน การเคลื่อนที่ของวัตถุทุกๆ ชิ้นในจักรวาลนั้นน่าที่จะทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วงพวกนี้ (เหมือนผู้คนที่ยืนอยู่บนรถไฟฟ้า) แต่มันก็มันจะเบาเกินกว่าที่จะสังเกตพบได้

ดังนั้น การที่จะค้นหาคลื่นความโน้มถ่วง นักวิทยาศาสตร์ที่ LIGO จะต้องมองหาคลื่นที่แรงที่สุดที่พวกเค้าจะหาได้ นั่นก็คือ การเฝ้าสังเกตหลุมดำคู่ ที่มีมวลหนาแน่นสูงมาก กำลังจะรวมตัวเข้าหากันในอวกาศที่ห่างไกลโพ้นออกไป การรวมตัวและระเบิดออกนี้ได้ทำให้เกิดคลื่นขนาดมหาศาล ซึ่งสามารถจะตรวจจับได้ที่หอสังเกตการณ์ของไลโก้

สถานีหอสังเกตการณ์นี้มีลักษณะคล้ายตัว แอล ขนาดยักษ์ มีแขน 2 ข้่างที่เป็นท่อสุญญากาศยาวกว่า 2.5 ไมล์ (ประมาณ 4 กิโลเมตร) ที่ปลายแขนจะมีกระจกเงาอยู่ เมื่อคลื่นความโน้มถ่วงเคลื่อนที่ผ่านกระจกเงา มันกำลังบิดเบี้ยวสเปซไทม์อยู่ และทำให้กระจกเงาที่แขนข้างหนึ่งเคลื่อนเข้ามาใกล้ มากกว่าที่แขนอีกข้างหนึ่ง

นักวิทยาศาสตร์สามารถวัดปรากฏการณ์นี้ได้ โดยจับเวลาที่แสงเลเซอร์จะสะท้อนกลับมาจากกระจกทั้ง 2 ด้าน การเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างกระจกทั้งสอง มีความเพียงเล็กน้อยเท่านั้น โดยเมื่อคลื่นความโน้มถ่วงเคลื่อนมาถึงโลก มันจะไปทำให้อุปกรณ์ของไลโก้เปลี่ยนแปลงไปแค่ 1 ในหมื่นของขนาดของโปรตอนเท่านั้น

นั่นแปลว่า มันเป็นเรื่องยากมากๆๆๆที่จะวัดได้ละเอียดขนาดนั้นและมีโอกาสเกิดความผิดพลาดได้สูง แถมก่อนหน้านี้ วงการวิทยาศาสตร์ยังเคยหน้าแตกมาแล้วเกี่ยวกับคลื่นความโน้มถ่วง ในปี 2014 นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเรื่องจักรวาลยุคเริ่มแรก ได้ประกาศว่าพวกเขาพบหลักฐานของคลื่นแล้ว แต่ต่อมากลายเป็นว่าค่าที่วัดได้นั้นเป็นความผิดพลาดที่เกิดจากผงฝุ่นอวกาศ (cosmic dust)

แต่การค้นหาคลื่นความโน้มถ่วง ยังเป็นเรื่องใหญ่ที่ต้องทำ เพราะมันจะยืนยันถึงเนื้อหาสำคัญส่วนสุดท้ายของทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอสไตน์ที่ยังไม่เคยได้รับการพิสูจน์ มันยังเปิดหนทางใหม่ในการศึกษาเอกภพของเรา ก่อนหน้านี้ เรายังไม่เคยสามารถมองเห็นวัตถุลึกลับอย่างหลุมดำหรือดาวนิวตรอน เพราะมันดูจางเกิดกว่าที่จะเห็นได้ ดังนั้น เราน่าจะสามารถนำเอาคลื่นความโน้มถ่วงมาศึกษาวัตถุเหล่านี้ได้โดยตรงยิ่งขึ้นกว่าเดิม