Page 154 - Skd 373-2559-03
P. 154
อวกาศโค้งเนื่องจากมวล
< บทความของไอน์สไตน์
ซึ่งเสนอเรื่องคลื่นความโน้มถ่วง
เป็นครั้งแรก
คลื่นความโนม้ ถ่วงคอื อะไร ผู้เสนอเร่ืองคล่ืนความโน้มถ่วงเป็นคนแรกคือไอน์สไตน์ แนว
คิดน้ีปรากฏในบทความช่ือ Näherungsweise Integration der
กอ่ นจะเขา้ ใจวา่ คลน่ื ความโนม้ ถว่ งคอื อะไร เราคงตอ้ งทำ� ความ Feldgleichungen der Gravitation (An approximate integration
เข้าใจเสียกอ่ นว่าความโนม้ ถ่วงคืออะไร of the field equations of gravitation) ซง่ึ ตพี มิ พ์ในเดอื นมถิ นุ ายน
๑ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ อวกาศซ่ึงมี ค.ศ. ๑๙๑๖
จุดน่าสนใจคือ แม้แต่ไอน์สไตน์ก็ยังลังเลใจว่าคลื่นความ
สามมิติ กว้าง ยาว สูง จะผนวกรวมกับเวลาอีกหนึ่งมิติ รวมเป็น
กาล-อวกาศ (space-time) สี่มิติซึ่งวาดเป็นภาพไม่ได้ นักฟิสิกส์ โนม้ ถ่วงทีท่ �ำนายโดยทฤษฎสี มั พัทธภาพท่ัวไปมอี ยจู่ ริงหรือไม่
จงึ นำ� เสนอใหเ้ ขา้ ใจงา่ ย ๆ เพยี งแคส่ องมติ ิ และใช ้ “ผนื ผา้ ” เปน็ ภาพ
แทนกาล-อวกาศสองมิติ (ในหลายกรณีหมายถึงอวกาศสองมิติ) การบิดเบ้ียวของอวกาศ
หากบรเิ วณใดไมม่ มี วลปรากฏอยู่ กาล-อวกาศในบรเิ วณนน้ั จะแบน ซง่ึ เกดิ จากคลืน่ ความโน้มถ่วง
เรียบ (flat space-time) เวลาเดินไปตามปรกติ เปรียบได้กับผืนผ้า เคล่ือนท่ีผา่ น
ท่ีถูกขงึ ตงึ บน : พลสั โพลาไรเซชนั
ล่าง : ครอสโพลาไรเซชัน
ส่วนบริเวณท่ีมีมวล เช่น ดวงดาว กาแล็กซี กาล-อวกาศ
บริเวณน้ันจะโค้งบิดเบี้ยว (warped space-time) เปรียบได้กับผ้า
ทม่ี มี วลหรอื วตั ถหุ นกั ๆ วางอย ู่ ผนื ผา้ จะโคง้ ลงเปน็ แอง่ ยง่ิ มมี วลมาก fhutltlp/gsr:/a/wviwtawtio.lneaalr_nwear.voergs./jcpogurses/physics/visual/img_
ผืนผ้ายิ่งโค้งมากตามไปดว้ ย และเวลาจะเดินชา้ ลง ตคลอ่ ่ืนอควกวาามศโอนยม้ า่ ถง่วไรง ส?ง่ ผลกระทบ
ตามทฤษฎีน้คี วามโน้มถ่วงคอื กาล-อวกาศท่บี ิดโคง้ นั่นเอง
แตจ่ ะเกดิ อะไรขน้ึ หากมวลนขี้ ยบั ตวั หรอื เคลอื่ นทด่ี ว้ ยความเรง่ สมมุติวา่ มกี ลมุ่ อนภุ าคเรียงตัวเป็นวงกลมในบริเวณหนึง่
ผลคือ “ผืนผ้า” ของกาล-อวกาศจะไม่โค้งเฉย ๆ แต่จะเกิด หากมคี ลน่ื ความโนม้ ถ่วงเคล่ือนท่ีผา่ นไปในทิศทางพงุ่ เขา้ (หรอื ออก)
จากหน้ากระดาษ จะท�ำใหอ้ วกาศบริเวณนบ้ี ดิ เบ้ยี วสองกรณี ไดแ้ ก่
ร้ิวรอยย่นเคลื่อนท่ีแผ่ไปรอบมวลนั้น ร้ิวรอยย่นของกาล-อวกาศน้ี
กค็ อื คลน่ื ความโนม้ ถว่ ง (gravitational wave) ซง่ึ เปน็ คลนื่ ตามขวาง กรณแี รก : ระยะในแนวซ้าย-ขวาหดตวั ขณะท่รี ะยะในแนวต้ังฉาก
และเคลื่อนท่ีด้วยความเร็วเท่าแสง โดยมันจะท�ำให้กาล-อวกาศ ยดื ออก และกลบั กันจะเหน็ วา่ แนวการหด-ยืดตัง้ ฉากกนั เปน็ เครื่องหมาย +
ในบริเวณท่ีคลื่นเคลื่อนผ่านไปน้ันเกิดการยืด-หดบิดเบ้ียวไปจาก จึงเรียกว่า พลัสโพลาไรเซชนั (plus polarization)
ภาวะปรกติ ๑
กรณีที ่ ๒ : การหดตวั และยดื ออกท�ำมุม ๔๕ องศากับกรณีแรก
แนวการหด-ยืดต้ังฉากกันเปน็ เคร่ืองหมาย x จึงเรียกวา่
ครอสโพลาไรเซชัน (cross polarization)
152 มีนาคม ๒๕๕๙
