LIGO ยืนยันการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรก


ขอขอบคุณ ข้อมูลจากเพจคุณ มติพล ตั้งมติธรรม
ซึ่งเป็นผู้เรียบเรียงเขียนข้อมูลทั้งหมดครับ



LIGO ยืนยันการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรก

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

นอกจากการยืนยันการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วงแล้ว การค้นพบนี้ยังช่วยยืนยันถึงการมีอยู่ของ binary black hole หรือหลุมดำสองหลุมที่โคจรรอบกันอีกด้วย

แต่ว่าคลื่นความโน้มถ่วงคืออะไร และมีความสำคัญอย่างไร

- 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

อีกวิธีหนึ่งที่สามารถเปรียบเทียบคลื่นความโน้มถ่วงได้ก็คือโดยการเปรียบเทียบกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เราทราบกันว่าอิเล็คตรอนจะแผ่สนามไฟฟ้าไปรอบๆมัน อย่างไรก็ตาม เมื่อเราทำการเคลื่อนอิเล็คตรอนไปยังตำแหน่งใหม่ สนามไฟฟ้าของอิเล็คตรอนจะต้องใช้เวลาเดินทางออกไปเท่ากับความเร็วแสง เมื่อเราทำการเคลื่อนตำแหน่งอิเล็คตรอนอย่างรวดเร็ว การเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้าอย่างรวดเร็วนี้เอง ที่ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกไปรอบๆ การที่เราสามารถใช้โทรศัพท์มือถือได้ก็เป็นเพราะว่าอิเล็คตรอนภายในเสาอากาศเกิดการสั่นขึ้นลงและแผ่ออกไปเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่สามารถตรวจจับได้โดยอิเล็คตรอนในเสาอากาศของเครื่องรับนั่นเอง ในลักษณะเดียวกันเมื่อเรามีมวลขนาดใหญ่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว เราก็จะสามารถแผ่คลื่นความโน้มถ่วง ที่สามารถตรวจพบได้โดยมวลอื่นที่ห่างไกลออกไป

โดยลักษณะของคลื่นความโน้มถ่วงนั้น จะอยู่ในรูปของการบิดงอของกาลอวกาศทำให้ระยะทางในสองทิศทางยืดและหดออกไป คล้ายกับการทำให้หนังยางวงกลมบิดเบี้ยวออกเป็นวงรีในทิศทางที่สลับกันไปมา

- ความท้าทายในการศึกษาคลื่นความโน้มถ่วง

อย่างไรก็ตาม การตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงนั้นเป็นเรื่องที่ยากมาก และเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำไมจึงยังไม่มีการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงจนถึงทุกวันนี้ ความท้าทายของคลื่นความโน้มถ่วงส่วนหลักๆ เป็นเพราะว่าคลื่นความโน้มถ่วงมีอิทธิพลน้อยมาก และจะสังเกตเห็นได้ง่ายก็ในกรณีที่เกิดการรวมตัวกันของมวลขนาดมหึมาเช่นหลุมดำเท่านั้น

ลองนึกภาพมวลขนาด 29 เท่าของดวงอาทิตย์ แต่มีขนาดเพียงแค่ 150 กม. เคลื่อนที่ด้วยความเร็วครึ่งหนึ่งของความเร็วแสง และชนเข้ากับหลุมดำอีกอันที่มีมวล 36 เท่าของดวงอาทิตย์ นี่คือเงื่อนไขที่จำเป็นต่อการสังเกตที่เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 14 กันยายน 2015 ที่ผ่านมา

เมื่อรวมกันแล้ว มวลรวมสุดท้ายของหลุมดำนั้นมีมวลเพียงแค่ 62 เท่าของมวลดวงอาทิตย์เท่านั้นเอง และมวลอีก 3 เท่าของดวงอาทิตย์ได้ถูกเปลี่ยนไปในรูปของพลังงานคลื่นความโน้มถ่วงที่แผ่ออกมาเป็นระยะทางกว่า 1.3 พันล้านปีแสงจนมาถึงโลกของเรา

พลังงานที่ปลดปล่อยออกมาโดยการรวมตัวของหลุมดำนี้ มีมากกว่า 50 เท่าของพลังงานที่ดาวฤกษ์ทุกดวงในเอกภพปลดปล่อยออกมาในหนึ่งหน่วยเวลาเสียอีก อย่างไรก็ตาม พลังงานเหล่านี้ถูกปลดปล่อยออกมาในเวลาเพียงแค่เสี้ยววินาทีเท่านั้นเอง

อย่างไรก็ตาม แม้กระทั่งพลังงานอันมหาศาลนี้ ก็ส่งผลให้เกิดการยืดหดเพียงแค่ 10^(-21) ส่วนเท่านั้นเอง นั่นคือหากเรามีไม้เมตรวางเอาไว้ในขณะที่คลื่นความโน้มถ่วงจากการรวมตัวของหลุมดำนี้ผ่านไป ไม้เมตรนั้นจะยืดได้ไม่เกิน 10^(-21) เมตร

ด้วยความท้าทายเหล่านี้ จึงจำเป็นที่จะต้องมีเครื่องมือตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงที่แม่นยำและมีขนาดใหญ่เป็นอย่างมาก

- LIGO

Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) เป็นเครื่องตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงขนาดมหึมา ประกอบขึ้นด้วยท่อขนาดยาว 4 กิโลเมตร สองท่อ ทำมุมกัน 90 องศา และมีสถานีตรวจวัดอยู่สองที่ ที่ Hanford, Washington และ Livingston, Louisiana

การที่ใช้ท่อขนาดยาว 4 กม. นี้จะทำให้การยืดหดของกาลอวกาศที่เกิดจากคลื่นความโน้มถ่วงสามารถสังเกตได้ง่ายขึ้น เพื่อสังเกตคลื่นและการสั่นไหวในกาลอวกาศที่เกิดขึ้น ไม่ต่างอะไรกับทุ่นลอยกลางทะเลที่คอยสังเกตคลื่นผิวน้ำ ซึ่งส่วนมากในเวลาคลื่นลมสงบนั้นมีคลื่นที่ราบเรียบเกินกว่าที่เครื่องมือจะสามารถตรวจวัดได้

การรวมตัวกันของหลุมดำที่ผ่านมา เปรียบได้กับการเกิดมรสุมขนาดใหญ่ ที่ทำให้เกิดคลื่นขนาดมหึมาจนพอจะสังเกตได้

แต่แม้กระทั่งคลื่นความโน้มถ่วงขนาดมหึมานี้ ก็ทำให้กาลอวกาศภายในท่อยาว 4 กม. เปลี่ยนแปลงความยาวไปเพียงแค่ 10^(-18) เมตรเพียงเท่านั้นเอง ซึ่งเป็นขนาดที่เล็กกว่าขนาดของโปรตอนเสียอีก

ความท้าทายหลักๆ ในการสังเกตคลื่นความโน้มถ่วงของ LIGO ก็คือการกำจัดการสั่นสะเทือนเล็กๆ ที่อาจจะเกิดจากบนโลก และการวัดระยะทางที่แม่นยำ ในการวัดระยะทาง ซึ่ง LIGO สามารถทำได้โดยการใช้เครื่องมือที่เรียกว่า interferometer โดยการใช้เลเซอร์ยิงสะท้อนกับกระจกที่ยังปลายอุโมงค์ เมื่อระยะทางในสองอุโมงค์เกิดการเปลี่ยนแปลงจากคลื่นความโน้มถ่วง จึงสามารถสังเกตได้เป็นเฟสของเลเซอร์ที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อสะท้อนกลับมายัง interferometer

ซึ่งการค้นพบในวันที่ 14 กันยายน 2015 นี้ทำให้เราสามารถยืนยันการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง และหลุมดำโคจรรอบกัน ในเอกภพได้

- ต่อจากนี้

เมื่อ 400 ปีที่แล้ว กาลิเลโอได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ในการสังเกตวัตถุบนท้องฟ้าเป็นครั้งแรก และเพิ่มความเข้าใจในธรรมชาติของจักรวาลของมนุษย์อย่างก้าวกระโดด และทุกครั้งที่เรามีการเปิดหน้าต่างช่วงคลื่นใหม่ในการสังเกตการณ์ทางธรรมชาติ ก็ทำให้ความเข้าใจของเราก้าวเพิ่มมากขึ้นอย่างทวีคูณ

เช่นเดียวกัน การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงนี้เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของการค้นพบยิ่งใหญ่ที่กำลังจะตามมาเพียงเท่านั้น เมื่อเราสามารถค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงได้ เราก็จะสามารถยืนยันปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ต่างๆ อีกมากมายที่คาดเอาไว้ได้ เช่น การยุบตัวของซูเปอร์โนวา ดาวนิวตรอน คอสมิคสตริง ฯลฯ

อย่างไรก็ตาม สิ่งที่น่าตื่นเต้นที่สุดที่เครื่องตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงอาจจะนำมา ก็คือสิ่งที่เรายังคาดคิดไม่ถึงในตอนนี้

ปัจจุบัน LIGO ยังมี sensitivity เพียงแค่ 1 ใน 3 ของที่ควรจะเป็นเพียงเท่านั้น และ LIGO ยังสามารถพัฒนาเครื่องมือได้อีก จึงมีโอกาสที่จะตรวจพบปรากฏการณ์อื่นได้อีกมาก

อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดอย่างหนึ่งของคลื่นความโน้มถ่วงก็คือ คลื่นความโน้มถ่วงนั้นไม่สามารถบอกทิศทางได้ ใกล้เคียงกับไมโครโฟนที่สามารถฟังเสียงได้ แต่บอกไม่ได้ว่าเสียงมาจากทิศทางใด

อย่างไรก็ตาม กำลังจะมีการสร้างเครื่องตรวจวัดคลื่นความโน้มถ่วงอีกเป็นจำนวนมาก ทั้งที่ญี่ปุ่น อิตาลี ฯลฯ เป็นเครือข่ายของคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งหากเรามีเครื่องตรวจวัดหลายตำแหน่ง ก็จะช่วยให้เราสามารถจำกัดขอบเขตของทิศทางที่กำลังมาถึงได้

การค้นพบที่ยิ่งใหญ่นี้ไม่ได้เกิดขึ้นเพียงข้ามคืน แต่ใช้ระยะเวลากว่า 50 ปีและเงินทุนสนับสนุนทั้งจากภาครัฐและความร่วมมือของเอกชน เงินภาษีประชาชนกว่า 40 ปี จึงจะเกิดเป็นการค้นพบอันยิ่งใหญ่ของมวลมนุษยชาติได้

ภาพ: LIGO, NSF, Aurore Simonnet (Sonoma State U.)


ขอขอบคุณ ข้อมูลจากเพจคุณ มติพล ตั้งมติธรรม
ซึ่งเป็นผู้เรียบเรียงเขียนข้อมูลทั้งหมดครับ


วีดีโอเพิ่มเติม

https://www.facebook.com/verge/videos/1035654389804237/



ผู้โพส: gunhotnews
วันที่: 12 ก.พ. 2559 23:48
จำนวนคนเข้าชมทั้งหมด:3137
หมวด: วิทยาศาสตร์

 

 

 

 

สุ่มกระทู้

 อีก 10 ข้างหน้า ประชากร 1 ใน 5 ของโลกจะกลายเป็นคนอ้วน  01 เม.ย. 2559 23:54

 รถถัง T-90S ...............  14 พ.ค. 2558 19:54

 ภาพถ่ายดาวเสาร์คู่กับดวงจันทร์เอนเซลาดัส  09 พ.ค. 2559 22:45

 เนปาลไม่สามารถหนีแผ่นดินไหวที่รุนแรงได้  29 เม.ย. 2558 00:42

 เมอร์ส...โคโรนา อีกโรคสัตว์สู่คน  18 มิ.ย. 2558 13:56


1

I have to voice my love for your kindness in support of all those that require assistance with the question. Your very own dedication to passing the message throughout had become astonishingly useful and have consistently encouraged professionals like me to achieve their pursuits. The interesting guidelines signifies this much a person like me and a whole lot more to my colleagues. Warm regards; from each one of us. [url=http://www.shoes-yeezy.us]yeezy shoes[/url]

ผู้โพส: yeezy shoes          วันที่:25 มี.ค. 2566 00:43          (บุคคลทั่วไป:27.153.181.xxx)

X
Loading........
1

ไปหน้าที่
 


  แสดงความคิดเห็น
 
 
 
ชื่อ
กรุณากรอกข้อความตามภาพ    *ตัวอักษรพิมพ์ใหญ่ทุกตัวและมีอักษรภาษาไทยผสม 
อัพโหลดรูปที่นี่ และนำโค๊ด HTML Code มาใส่ในข้อความที่ต้องการ