ถึงบ่ะค่อยฮู้เรื่องแต่ก็ชอบเรื่องของดวงดาวและจักรวาลนะครับ เอามาฮอม
เอาอีกดอก
นักฟิสิกส์เสนอว่าสนามโน้มถ่วงควอนตัม (quantum gravity) อาจถูกตรวจวัดในอวกาศได้ ตามคำกล่าวของ ดร. ชาร์ลส หวาง (Charles Wang) กาล-อวกาศ (space-time) ถูกทำให้บิดเบี้ยวไปมาเล็กน้อยอยู่ตลอดเวลา โดยอนุภาค กราวิตอน (graviton) ที่เชื่อว่าเป็นตัวกลางในการส่งผ่านสนามโน้มถ่วงที่ระดับขนาดของกาล-อวกาศที่เล็กมากอย่างสุด ๆ ที่เรียกว่า พลังค์ สเกล (Planck scale) การทำให้กาล-อวกาศเกิดการกระเพื่อมไปมาโดยอนุภาคสื่อนำแรงโน้มถ่วงนี้เป็นไปในลักษณะเดียวกับ การที่ละอองเกสรดอกไม้หรือละอองควันที่ลอยในอากาศมีการเคลื่อนที่แบบสุ่มที่เรียกว่า ‘การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน’ (Brownian motion) เนื่องจากการกระทบกระแทกโดยโมเลกุลที่มีขนาดเล็กกว่ามาก เขากล่าวว่า “หากการตรวจวัดการบิดเบี้ยวของกาล-อวกาศเพียงเล็กน้อยด้วยการทดลองในระดับควอนตัมนี้ประสบผลสำเร็จ พวกเราคิดว่ามันเป็นไปได้ที่จะได้ข้อมูลของทฤษฎีสนามโน้มถ่วงควอนตัม”
เป็นที่รู้กันในหมู่นักฟิสิกส์ว่า ทฤษฎีของพฤติกรรมของกาล-อวกาศในระดับสเกลของกาล-อวกาศที่เล็กที่สุด ที่เรียกว่า พลังก์ สเกล ยากที่จะถูกตรวจสอบด้วยการทดลองได้ นี่คือปัญหาใหญ่อย่างหนึ่งในจำนวน ‘ทฤษฎีแห่งทุกสรรพสิ่ง’ (theory of everything) ทั้งหลาย การทดลองได้ เป็นสิ่งอันพึงปรารถนาของนักทฤษฎี เพราะมันจะทำให้ทราบว่าทฤษฎีใดบ้างที่เป็นไปไม่ได้ และเมื่อทราบแล้วก็จะเหลือทฤษฎีที่เป็นคู่แข่งกันน้อยลง
สิ่งที่ท้าทายสำหรับทฤษฎีแห่งทุกสรรพสิ่ง ก็คือการรวมทฤษฎีแรงโน้มถ่วงแบบที่บรรยายไว้โดยไอน์สไตน์ (นั่นคือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป) และทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม เข้าด้วยกันให้เป็นทฤษฎีที่สามารถบรรยายสนามโน้มถ่วงในระดับควอนตัม (quantum gravity) ได้ ในทฤษฎีของสนามโน้มถ่วงควอนตัมหลายทฤษฎี ได้ทำนายว่ากาล-อวกาศจะกระเพื่อมอย่างรวดเร็วตลอดเวลาบน พลังก์สเกล ซึ่งคือสเกลของอวกาศประมาณ 10–35 เมตร และสเกลเวลาประมาณ 10-43 วินาที อย่างไรก็ตาม ขนาดของกาล-อวกาศในระดับนี้เล็กเกินกว่าที่จะตรวจวัดโดยตรงได้ “หากต้องการตรวจวัดพฤติกรรมทางฟิสิกส์ที่สเกลระดับนี้ในเครื่องเร่งอนุภาค มันจำเป็นจะต้องใช้ปริมาณพลังงานที่มหาศาลแบบสุด ๆ” กล่าวโดย ดร.ชาร์ลส หวาง แห่งมหาวิทยาลัยอเบอร์ดีน ประเทศอังกฤษ
นอกจากนี้ ดร. หวาง ยังอธิบายว่า “เป็นที่ยอมรับกันในฟิสิกส์แผนใหม่ว่าการกระเพื่อมของกาล-อวกาศที่มีอยู่อย่างต่อเนื่องจากคุณสมบัติทางควอนตัมนี้ มีขนาดของการกระเพื่อมเล็กเกินกว่าที่จะสังเกตได้ในสภาวะปกติ”
‘มอง’ อย่าง “การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน”
อย่างไรก็ตาม งานวิจัยใหม่ที่ทำร่วมกันระหว่าง ดร. หวาง และเพื่อนร่วมงานของเขา ลงความเห็นว่ามีความเป็นไปได้อย่างมากที่สัญญาณของพฤติกรรมของกาล-อวกาศในระดับควอนตัมจะถูกตรวจวัดในแล็บทดลองได้ และตอนนี้โอกาสก็ใกล้เข้ามาแล้ว
งานของพวกเขามีความเชื่อมโยงกับปรากฏการณ์ที่เรียกว่า การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน (Brownian motion) ซึ่งกล่าวถึงการที่อณูขนาดเล็กที่เราสามารถมองเห็น อย่างเช่นละอองเกสรดอกไม้ มีการเคลื่อนที่เป็นแบบสุ่มในลักษณะหนึ่ง อันเป็นผลมาจากการกระทบกระแทกไปมาโดยการสั่นของโมเลกุลขนาดเล็กมาก ๆ ที่เราไม่สามารถมองเห็นได้ พูดอีกแบบหนึ่ง ก็คือเราสามารถ “มองเห็น” การเคลื่อนที่ของโมเลกุลขนาดเล็กที่ไม่สามารถเห็นได้ด้วยตา ผ่านปรากฏการณ์อันเป็นผลของมัน อย่างไรก็ตาม โรเบิร์ต บราวน์ (Robert Brown) ผู้ค้นพบปรากฏการณ์นี้ในปลายคริสต์ศตวรรษที่ 18 ไม่ได้เกี่ยวข้องในเรื่องการกระเพื่อมของกาล-อวกาศแต่อย่างใด แต่เป็น ดร. หวาง กับเพื่อนร่วมงานที่ได้ความคิดที่เป็นในทางคล้ายคลึงกับการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน คือเราอาจจะ “มองเห็น” การกระเพื่อมของกาล-อวกาศที่ยังไม่อาจสังเกตได้ จากการสังเกตสิ่งที่เกิดขึ้นในการทดลองปรากฏการณ์ทางควอนตัม
เทคนิกของนักวิจัยกลุ่มนี้เกี่ยวข้องกับ คลื่นสสาร (matter waves) ซึ่งค้นพบครั้งแรกโดย ศาสตราจารย์ G. P. Thomson ในช่วงต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 คือเกือบ 80 ปีก่อน จากนั้นศาสตราจารย์ธอมสันก็ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1937 สำหรับงานที่เขาบุกเบิกขึ้น ในปัจจุบันงานเกี่ยวกับการทดลองคลื่นสสารของอะตอมกำลังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และ ดร. หวางและผู้ร่วมงานก็แสดงให้เห็นว่ามีหนทางอย่างไรที่เราจะสามารถได้ข้อมูลเกี่ยวกับทฤษฎีของกาล-อวกาศที่ลึกล้ำนี้
ในชีวิตประจำวันของเรา อะตอมจะเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ด้วยอัตราเร็วสูง แต่ถ้าเราสามารถทำให้มันอยู่กับที่ได้ เราก็อาจทำอะไรกับมันในแบบที่ในภาวะปกติไม่สามารถทำได้ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเมื่อเร็ว ๆ นี้ในเรื่องการทำให้เย็นแบบยิ่งยวด (supercooling) ได้ทำให้อะตอมอยู่ในสภาวะใกล้หยุดนิ่งได้ ซึ่งทำให้มีความเป็นไปได้ที่จะทำให้เกิดการวัดทางฟิสิกส์ในแบบใหม่ที่มีความถูกต้องอย่างสูงยิ่ง
ทดลองในอวกาศ
ทิม ซูมเนอร์ (Tim Sumner) แห่งมหาวิทยาลัยอิมพีเรียลคอลเลจ ลอนดอน ประเทศอังกฤษ กำลังเตรียมเสนอแผนปฎิบัติการในอวกาศ ที่เรียกสั้น ๆ ว่า ‘เกจ’ (GAUGE) ต่อองค์การอวกาศยุโรป (the European Space Agency - ESA) ในปีนี้ ถ้าผ่านความเห็นชอบ ปฏิบัติการนี้จะต้องใช้เงินราว 250 ล้านยูโร หรือ 12,000 ล้านบาท และอาจจะขึ้นสู่อวกาศได้ก่อนปี ค. ศ. 2015
ปฏิบัติการนี้ ซึ่งมีชื่อเต็มว่า the GrAnd Unification and Gravity Explorer (GAUGE) จะรวมแผนการที่เคยถูกเสนอก่อนหน้านี้ ที่รู้จักกันในชื่อ HYPER ซึ่งจะทำการทดลองฟิสิกส์ขั้นมูลฐานด้วยเช่นกัน แต่ไม่ได้รับการอนุมัติจากอีซ่า (ESA) ให้ส่งออกไป เนื่องจากมันมีวัตถุประสงค์ที่ซ้อนทับกับดาวเทียม กราวิตี โพรบ บี (Gravity Probe B) ขององค์การอวกาศสหรัฐฯ หรือ นาซ่า (NASA)
อย่างไรก็ตาม ในขณะนี้ ดร. หวาง ได้เพิ่มความน่าเชื่อถือให้แก่ปฏิบัติการ GAUGE โดยเขาได้แสดงว่าเครื่องแทรกสอดคลื่นสสารของอะตอม (atom matter-wave interferometer – เป็นเครื่องที่ใช้การแทรกสอดของคลื่นสสาร) สามารถตรวจวัดการบิดเบี้ยวในกาล-อวกาศในระดับสเกลใกล้ พลังก์สเกลได้
การทดลองของเครื่องแทรกสอดคลื่นสสารของอะตอมบนยานอวกาศ GAUGE จะเกี่ยวข้องกับการส่งลำของอะตอมที่เย็นจัด (ultracold atoms) ลงแขนที่เหมือนกันสองข้างของเครื่องแทรกสอด การกระเพื่อมในกาล-อวกาศอันเนื่องมาจากกราวิตอนจะส่งผลให้เวลาที่ลำอะตอมใช้ในการเคลื่อนลงแขนของเครื่องเกิดการเปลี่ยนแปลงไปอย่างสุ่ม สิ่งนี้จะทำให้รูปแบบของการแทรกสอดระหว่างสองลำอะตอมเย็นจัด ที่เดิมเป็นริ้ว ๆ ที่ชัดเจนกลับมัวขึ้นเล็กน้อย ด้วยเหตุที่เกิดการเลื่อนเฟสของคลื่นสสารของลำอะตอมทั้งสองอย่างเล็กน้อยและแบบสุ่ม อนึ่ง การทดลองนี้ไม่สามารถทำบนโลกได้ เนื่องจากโลกมีแรงโน้มถ่วงมากเมื่อเทียบกับในอวกาศ ทำให้การตัดผลของแรงโน้มถ่วงอันส่งผลเรขาคณิตของกาล-อวกาศมากเป็นไปได้ยาก
“งานของพวกเราบ่งชี้ว่าเป็นไปได้ที่สัญญาณของสนามโน้มถ่วงควอนตัมจะถูกสังเกตได้ในห้องทดลอง” กล่าวโดยหวาง “สิ่งนี้ทำให้ปฏิบัติการอวกาศนี้มีคุณค่าขึ้นมาก”
จิโอวานนี อเมลลิโน-คาเมลิโอ (Giovanni Amelino-Camelio) นักฟิสิกส์ปรากฏการณ์ทางด้านสนามโน้มถ่วงควอนตัม จากมหาวิทยาลับแห่งโรม คิดว่างานตีพิมพ์ของหวางถือเป็นก้าวที่สำคัญก้าวหนึ่ง ในการแปลงจากความคิดที่เสนอขึ้นครั้งแรกโดย เอียน เพอร์ซิวัล (Ian Percival) ไปเป็นการทดลองได้ “งานนี้น่าจะช่วยเพิ่มแรงบันดาลใจในการศึกษาการวัดการแทรกสอดของคลื่นสสารในอวกาศต่อไป” กล่าวโดย อเมลลิโน-คาเมลิโอ “มันไม่เป็นที่แน่ชัดว่าปรากฏการณ์ที่ว่าจะเกิดขึ้นจริง ๆ อย่างที่บรรยายในงานตีพิมพ์ของพวกเขา แต่อย่างน้อย ก็น่ามีคุณค่าต่อการพัฒนางานวิเคราะห์ในงานการศึกษาทางด้านนี้”
หน้าหลักเว็บไซต์
เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกให้ทันที..."
ผู้เขียน
