Page 155 - Skd 373-2559-03
P. 155
โจเซฟ เวเบอร์ อยา่ งไรกต็ ามการคน้ พบนไี้ มไ่ ดพ้ บคลนื่ ความโนม้ ถว่ งโดยตรง
และอุปกรณ์ตรวจจับ ยงั เปน็ แคก่ ารเหน็ ผลออ้ ม ๆ หากเปรยี บเทยี บอยา่ งงา่ ย ๆ กค็ ลา้ ยกบั
คลื่นความโน้มถ่วง การท่ีเรามองไปไกล ๆ แล้วเห็นเงาของคนเดินผ่าน โดยท่ีเราไม่เห็น
ของเขา ตัวคน และจากการเห็นเงาและตรวจวัดค่าบางอย่างอย่างแม่นย�ำ
ท�ำใหส้ รปุ ไดว้ ่ามคี นอยู่จรงิ
ความส�ำคัญของคล่ืนความโน้มถ่วงน้ันมีมากแค่ไหน ลองคิด
ดวู า่ แคเ่ หน็ เงากท็ ำ� ใหน้ กั วิทยาศาสตรไ์ ด้รบั รางวัลโนเบลแลว้
หกลาังร ๑ต รศวตจวพรบรษ
แคเ่ หน็ เงา กไ็ ด้โนเบล การประกาศข่าวการค้นพบคล่ืนความโน้มถ่วง ท�ำให้โลกรู้จัก
ไลโก (LIGO) ท่ีคนส่วนใหญไ่ ม่เคยไดย้ ินชอื่ มาก่อนในชัว่ ข้ามคนื
ใน ค.ศ. ๑๙๖๙ โจเซฟ เวเบอร์ (Joseph Weber) แห่ง
มหาวิทยาลัยแมรีแลนด์ อ้างวา่ สามารถตรวจจบั คลืน่ ความโน้มถ่วง LIGO คือชื่อย่อของ Laser Interferometer Gravitational-
ด้วยอุปกรณ์ท่ีเขาออกแบบและสร้างเอง ซึ่งท�ำจากอะลูมิเนียม Wave Observatory เปน็ เครอื่ งมอื ทส่ี รา้ งขน้ึ เพอื่ ตรวจจบั คลน่ื ความ
ลกั ษณะเปน็ ทรงกระบอกหลายชนั้ ยาว ๒ เมตร เสน้ ผา่ นศนู ยก์ ลาง โน้มถ่วงโดยตรง ก่อตั้งโดยมีนักฟิสิกส์ระดับโลกผู้เชี่ยวชาญเร่ือง
๑ เมตร และมีเสาตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง อุปกรณ์นี้สั่นที่ หลมุ ดำ� คปิ สตเี ฟน ทอรน์ (Kip Stephen Thorn) เปน็ หวั เรยี่ วหวั แรง
ความถเี่ รโซแนนซ ์ ๑,๖๖๐ เฮริ ตซ ์ และใชอ้ ปุ กรณต์ รวจจบั สญั ญาณ ส�ำคัญในการผลักดัน และได้รับการสนับสนุนงบประมาณหลักจาก
เพียโซอิเล็กทริก (piezoelectric) เพื่อตรวจจับความยาวของ NSF ท่ามกลางเสียงวิพากษ์วิจารณ์ว่าเป็นโครงการที่สุ่มเส่ียงต่อ
ทรงกระบอกท่ีเปลี่ยนไป อย่างไรก็ดีนักฟิสิกส์คนอื่น ๆ ท�ำซ้�ำไม่ได้ การสญู เปลา่ อยา่ งยง่ิ เพราะมีอุปสรรคเชงิ เทคนิคมากมาย
วงการฟสิ ิกสจ์ ึงไม่ยอมรับ
ปรากฏว่าเคร่ืองไลโกรุ่นแรกซ่ึงท�ำงานในช่วง ค.ศ. ๒๐๐๒-
ต่อมาใน ค.ศ. ๑๙๗๔ นักดาราศาสตร์สองคน คือ รัสเซลล์ ๒๐๑๐ ไม่สามารถตรวจพบสัญญาณคล่ืนความโน้มถ่วงใด ๆ เลย
เอ. ฮัลส์ (Russell A. Hulse) และ โจเซฟ เอช. เทย์เลอร์ จูเนียร์ แต่เมื่ออัปเกรดเครื่องให้มีความไวในการตรวจจับสูงขึ้น เรียกว่า
(Joseph H. Taylor, Jr.) ได้ค้นพบระบบพัลซาร์คู่ PSR 1913+16 advanced LIGO หรือ aLIGO จึงตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงได้
(พลั ซารเ์ ปน็ ดาวนวิ ตรอนทปี่ ลอ่ ยคลน่ื วทิ ยอุ อกมาเปน็ ชว่ งสนั้ ๆ อยา่ ง เป็นคร้ังแรกเมื่อวันท่ี ๑๔ กันยายน ค.ศ. ๒๐๑๕ เวลา ๐๙.๕๑ น.
สม่�ำเสมอ เนื่องจากการหมุนรอบตัวเอง) เม่ือทั้งสองวิเคราะห์ UTC ซึ่งเป็นช่วงท่ีเครื่อง aLIGO ยังอยู่ระหว่างการทดสอบเชิง
วงโคจรของระบบพัลซาร์คู่น้ีก็พบว่า การเปล่ียนแปลงของคาบการ วิศวกรรม (engineering test runs) ก่อนจะเร่ิมการตรวจจับเชิง
โคจรตรงตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอย่างน่าทึ่ง ซึ่งท�ำนายไว้ว่า วิทยาศาสตร์อย่างเป็นทางการ (formal science observations)
ระบบพัลซาร์คู่ซึ่งเป็นดาวนิวตรอนสองดวงโคจรรอบกันและกัน ในอกี ๔ วันตอ่ มา !
จะสูญเสียพลังงานในรูปคลื่นความโน้มถ่วง คาบการโคจรจึงค่อย ๆ
ส้นั ลงเน่ืองจากดาวนวิ ตรอนเคลือ่ นเขา้ ใกล้กนั มากขน้ึ แลว้ เทคนคิ การตรวจจบั คลนื่ ความโนม้ ถว่ งดว้ ยไลโกมหี ลกั การ
อยา่ งไร ?
หลังจากนั้นนักดาราศาสตร์คนอ่ืน ๆ ได้ศึกษาการปลดปล่อย
คล่ืนวิทยุจากพัลซาร์อ่ืนและพบปรากฏการณ์เดียวกัน หลักฐาน หลกั การโดยยอ่ คอื การยงิ แสงเลเซอรไ์ ปยงั อปุ กรณแ์ ยกลำ� แสง
ทั้งหมดนี้ท�ำให้นักวิทยาศาสตร์ม่ันใจว่าคล่ืนความโน้มถ่วงมีจริง (beam splitter) ซ่ึงจะแยกล�ำแสงเป็นสองทิศทางต้ังฉากกัน
ส่วนฮัลส์และเทย์เลอร์ต่างก็ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส ์ ประจ�ำ (เนื่องจากอวกาศยืด-หดในสองทิศทางตั้งฉากกัน การตรวจจับ
ค.ศ. ๑๙๙๓ ระยะทางทเ่ี ปลย่ี นแปลงไปจงึ ตอ้ งวดั สองทศิ ทางดว้ ย) ลำ� แสงแตล่ ะ
ล�ำจะเคลื่อนไปตามท่อสุญญากาศเป็นระยะทาง ๔ กิโลเมตร และ
สะท้อนกลับหลายรอบ จนในที่สุดจะมารวมกันอีกครั้งและตรวจจับ
โดยอปุ กรณ์ตรวจจับแสง (light detector)
ในสภาวะปรกติซึ่งไม่มีคล่ืนความโน้มถ่วงเคล่ือนผ่าน ล�ำแสง
ทั้งสองจะได้รับการปรับให้มีเฟสต่างกัน ๑๘๐ องศา (คลื่นหนึ่ง
กระเพ่ือมขึ้น อีกคลื่นกระเพ่ือมลง) แสงที่มาพบกันจึงแทรกสอดกัน
หกั ลา้ งกนั หมด (destructive interference) เปน็ เหตใุ หจ้ อรบั ภาพมดื
มนี าคม ๒๕๕๙ 153
