ฟังเสียงจักรวาล ผ่านคลื่นความโน้มถ่วง (ฉบับภาษาชาวบ้าน) - waymagazine.org | นิตยสาร WAY

ฟังเสียงจักรวาล ผ่านคลื่นความโน้มถ่วง (ฉบับภาษาชาวบ้าน)

IMG_3351-sภาพ: Seymour Glass

ข่าวการทดสอบและค้นพบคลื่นความโน้มถ่วง (gravitational wave) ตามทฤษฎีของไอน์สไตน์โด่งดังไปทั่วโลกภายในวันที่มีการเสนอข่าวและถ่ายทอดสด ภายใต้โครงการ LIGO ซึ่งย่อมาจาก Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory ที่เริ่มต้นขึ้นตั้งแต่ปี 1992 โดยความร่วมมือของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติสหรัฐ (National Science Foundation: NSF) สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย (California Institute of Technology: Caltech) สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเสตส์ (Massachusetts Institute of Technology: MIT) และผู้เชี่ยวชาญต่างสาขานับร้อยคนทั่วโลก

ขณะที่มีการอัพเกรดอุปกรณ์ระหว่างปี 2010-2015 จึงเพิ่มเติมชื่อโครงการเป็น Advanced Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (aLIGO)

แน่นอนว่า มีคนโยงการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงนี้ไปถึงแนวคิดเรื่องการเดินทางข้ามเวลา (time travel) และมีคำถามนี้เกิดขึ้นในงานแถลงข่าวถ่ายทอดสด โดยได้ คิป ธอร์น (Kip Thorne) นักทฤษฎีฟิสิกส์ชั้นนำจาก Caltech หนึ่งในทีมโปรดิวเซอร์และที่ปรึกษาให้ Interstellar มาช่วยตอบ ซึ่งก็ทำให้ความฝันวัยเด็กของใครหลายคนลุกโชนขึ้นอีกครั้ง

ก่อนจะไปไกลถึงเรื่องไทม์แมชชีน ดร.สุรพงษ์ อยู่มา อาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล อาสามาช่วยพวกเราย่อยศัพท์ฟิสิกส์และดาราศาสตร์ให้เป็นมิตรมากขึ้น แล้วยังชวนเราฟังเสียงจักรวาล ที่ปกติเราจะมองเห็นเพียงแสงของอดีตกาล เพื่อดึงดูดพวกเราให้เข้าใกล้ศาสตร์แขนงนี้มากกว่าที่เคย

นี่เป็นครั้งแรกที่เราศึกษาคลื่นรูปแบบอื่นๆ คือคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งแตกต่างกับแสงที่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และคลื่นความถี่นี้มันตรงกับคลื่นความถี่ที่มนุษย์ได้ยินได้พอดี 20-20,000 เฮิร์ตซ์ อันนี้มันประมาณ 30-260 คือพอดีหูได้ยิน

เขาเลยเปรียบว่า นอกจากเรามองเห็นแล้ว เรายังได้ยินเสียงจากจักรวาล อันนี้คือสิ่งใหม่มากๆ หลังจากนี้จะไม่ใช่แค่แสงแล้ว แต่จะเป็นเหมือนลำโพงที่จักรวาลปล่อยเสียงออกมา แล้วเราก็ศึกษาว่ามันเกิดอะไรขึ้นในจักรวาล

ก่อนจะไปถึงคลื่นความโน้มถ่วง อาจจะต้องเริ่มจากทฤษฎีแรงโน้มถ่วงก่อนหรือเปล่า

ทางฟิสิกส์ เราแบ่งวิธีคิดเกี่ยวกับเรื่องมวลเป็นสองแบบ แบบโบราณคือ แบบของนิวตัน ที่เราเรียนกันมา ที่มีแรงโน้มถ่วง มีแอปเปิลตก นิวตันบอกว่า การที่มวลสองอันจะมีปฏิกิริยาต่อกัน มันเป็นเพราะ ‘แรงโน้มถ่วง’ อย่างเช่น โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ เพราะว่าแรงโน้มถ่วง

ขณะที่ไอน์สไตน์บอกเมื่อ 100 ปีก่อนว่า จริงๆ แล้วมันอาจจะไม่ใช่ ‘แรง’ การที่วัตถุใดๆ มีมวล มันแค่ทำให้ spacetime ตรงนั้นมันบิดไป ที่เขาชอบเปรียบเทียบกันคือ เวลาเราขึงผ้า แล้ววางของลงไป ผ้าจะยุบ ผ้าที่ขึงเปรียบเสมือน spacetime บางคนใช้ ‘ปริภูมิ-เวลา’ บางคนใช้ ‘กาลอวกาศ’

เอาง่ายๆ ‘space’ คือมิติ ตามแนว x y z อย่างตำแหน่งที่เราอยู่ตรงนี้ คณะวิทยาศาสตร์ ตึกฟิสิกส์ อันนี้เป็นตำแหน่งบอกสามมิติ บวกเวลาเข้าไปด้วยคือ ตอนนี้ 10 โมง ถ้าคุณมาพรุ่งนี้ 10 โมง เปลี่ยนแค่อย่างเดียวคือเวลา คุณก็จะไม่เจอผม เพราะ coordinate เราตรงกัน แต่เวลาไม่ตรงกัน

ฉะนั้น เวลาจะอธิบายทุกอย่างในอวกาศ เขาจะใช้ทั้ง coordinate ที่เป็นตำแหน่ง และเวลาด้วย เพื่อจะบอกว่า วัตถุสองอันจะโคจรมาเจอกันหรือไม่

ไอน์สไตน์บอกว่า spacetime มันไม่ได้เป็นระนาบตรงตลอดเวลานะ…มันโค้งงอได้ สมมุติเราวางของมวลหนักๆ ไปบนผ้าใบ ผ้าใบก็ยุบเยอะ ถ้าวางมวลเล็กๆ ไว้ใกล้ๆ มันก็จะไหลลง ถ้าอธิบายแบบไอนส์ไตน์ มันก็แค่เดินทางตามผืนผ้าใบ หรือ spacetime นั่นเอง ไม่ได้เกี่ยวว่าตัวมวลใหญ่ดึงดูดเข้าไป

 

wave-02

การที่เราวางของหนักๆ ลงบนผ้าใบ มันก็จะยุบลงไป แล้วถ้าวางวัตถุอื่นที่กลิ้งได้ลงไปตาม ถ้าเป็นนิวตันจะบอกว่า สองอันนี้มันดูดกัน อันที่มวลเยอะกว่ามันดูดมวลเล็กกว่าเข้าไป แต่ไอน์สไตน์บอกว่า จริงๆ มันไม่ได้ดูดมวลเล็ก มันแค่เคลื่อนที่ของมันตาม spacetime เพียงแต่ spacetime ตรงนี้มันบิดโค้งไป มันก็เลยเคลื่อนที่เข้าหามวลใหญ่เท่านั้นเอง

ทีนี้เวลาวัตถุใดๆ เคลื่อนที่เข้าตามส่วนโค้งของ spacetime มันจะไม่ได้เข้าไปตรงๆ แล้วหยุดเลย แต่จะเคลื่อนที่ไปมาแบบวนไปเรื่อยๆ (inspiral) เหมือนดวงจันทร์หมุนรอบโลก หรือโลกหมุนรอบดวงอาทิตย์ แต่อันนี้จะอยู่ในสมดุล คือมันไม่เข้าไปใกล้อีกแล้ว แต่ถ้ามวลมากกว่านี้ เช่น ดวงอาทิตย์เพิ่มมวลเป็นสองเท่า มันก็จะไม่สมดุลแล้ว โลกจะเข้าไปหาใกล้กว่านั้น แล้วสุดท้ายก็จะรวมกับดวงอาทิตย์ในที่สุด

อันนี้คือหลักทั่วไป ว่ามวลกับมวลมันโคจรรอบกันยังไงแบบที่ไอน์สไตน์พูด

แล้วคลื่นความโน้มถ่วงคืออะไรกันแน่

เริ่มต้นจากวัตถุที่อยู่เฉยๆ แล้วทำให้เกิด spacetime โค้ง ถ้ามันเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง หลุมที่โค้งไปก็จะเคลื่อน แล้วเกิดคลื่น เหมือนเราเลื่อนของบนผ้าใบ คลื่นที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่า Gravitational Wave หรือคลื่นความโน้มถ่วง แต่คลื่นนี้จะอ่อนมาก ไม่สามารถวัดได้ เหมือนเวลาเราเคลื่อนที่ คลื่นนี้ก็จะเกิดได้เช่นกัน เพียงแต่มันอ่อนมากๆ

เหมือนที่ไอน์สไตน์พูดว่า มันต้องมีคลื่นความโน้มถ่วงถ้าวัตถุวิ่ง อันนี้เป็นสิ่งสุดท้ายที่เกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่ไอน์สไตน์เป็นคนพูดเมื่อปี 1916 หรือ 100 ปีที่แล้ว แล้วคนก็พยายามศึกษากันว่า เราจะเจอคลื่นนี้ได้ไหม ไอน์สไตน์เองก็อาจจะไม่ได้คิดว่าจะเจอ เพราะว่าพอคำนวณแล้ว ปริมาณมันน้อยมากถ้าเทียบกับมวลของมัน ซึ่งเทคโนโลยีสมัยนั้นไม่มีทางทำได้อยู่แล้ว

จากนั้นก็มีการพัฒนามาเรื่อยๆ เพื่อตรวจจับคลื่นตัวนี้ให้ได้ ระหว่างการพัฒนา เขาก็เชื่อว่า ทฤษฎีของไอน์สไตน์นั้นถูกต้อง เขาก็คำนวณแล้วพบว่า การที่เราจะเห็นคลื่นความโน้มถ่วงที่แรงพอ มันน่าจะเกิดจากอะไรที่มวลมากๆ สองอันโคจรรวมกัน เพราะถ้าเคลื่อนที่แค่อันเดียว มันก็จะเกิดคลื่นนิดเดียว แต่ถ้ารวมกัน ก็จะเกิดคลื่นที่พีคขึ้น

เหมือนเรือสองลำวิ่งแล้วคลื่นบนน้ำมาชนกัน มันก็จะสูงกว่าปกติ

IMG_3344-s

สมมุติฐานและที่มาของคลื่นความโน้มถ่วงที่ค้นพบคืออะไร

ถ้าวัตถุสองอันที่มวลมากจริงๆ มาชนกัน มันก็จะเกิดคลื่นความโน้มถ่วงที่แรงพอที่เราจะสามารถสังเกตพบได้ จริงๆ แล้วเขามีตัวเลือกของสิ่งที่น่าจะเป็นไปได้สามข้อ คือ

หนึ่ง-Neutron Star คือวิวัฒนาการเกือบสุดท้ายของดาวฤกษ์ที่มีมวลมากๆ อย่างดวงอาทิตย์ มวลจะอยู่ระดับกลางๆ ของดาวที่มีอยู่ในอวกาศ ดาวที่มวลมากๆ หมายถึงดาวที่มีมวลมากกว่าแปดเท่าตอนเริ่มต้นชีวิตของมันเมื่อเทียบกับดวงอาทิตย์ พอวิวัฒนาการไปเรื่อยๆ มันจะยุบตัว แล้วกลายเป็น Neutron Star ซึ่งขนาดเล็กมาก ขนาดรัศมีประมาณ 11 กิโลเมตร (ระยะทางจากพญาไทไปเซ็นทรัลลาดพร้าว) แต่ปริมาณมวลของมันถือเป็นหลายเท่าของดวงอาทิตย์ กองอยู่ในบริเวณเล็กๆ แค่นี้ เพราะฉะนั้นเวลา Neutron Star สองดวงรวมตัวกัน มันจะเกิดคลื่นความโน้มถ่วงที่สูงมาก

สอง-เมื่อ Neutron Star มวลมากกว่านี้อีก มันจะยุบตัวกลายเป็นหลุมดำ คือ อันหนึ่งเป็น Neutron Star อันหนึ่งเป็นหลุมดำ แล้วรวมกัน ทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วงที่เราตรวจพบได้

สาม-คือแบบที่เราเจอคราวนี้ คือสองอันนี้กลายเป็นหลุมดำที่มีมวลมหาศาล โคจร แล้วก็รวมกัน เกิดคลื่นให้เราเจอ

แล้วทีมศึกษารู้ได้อย่างไรว่านี่คือคลื่นความโน้มถ่วงจริงๆ

สิ่งที่เขาได้ คือคลื่นนิดเดียว แล้วก็ตีความว่า นี่คือมวลรวมกัน ถามว่าเขารู้ได้ยังไง ยกตัวอย่างเวลาเราอยู่เงียบๆ ไม่พูดอะไร ก็จะได้ยินเสียงแอร์ นั่นคือ noise ถ้าผมพูดออกมา มันก็ยังมีเสียงแอร์อยู่ เพียงแต่เสียงผมชนะเสียงแอร์ คุณก็เลยได้ยิน อันนี้ก็เหมือนกัน พอเกิดคลื่น แล้วคลื่นมีความแรงมากกว่า noise ทั่วไป มันก็เลยพีคขึ้นมา

วิธีที่เขาทำก็คือ ฝ่ายอุปกรณ์ก็ทำอุปกรณ์มาตรวจหาคลื่นนี้ แล้วก็มีอีกฝ่าย คือฝ่ายที่ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ เพื่อพิสูจน์ว่า ถ้าเรามีดาวสองดวงที่มีมวลมากๆ แล้ววิวัฒนาการไปเรื่อยๆ จนกลายเป็นหลุมดำรวมกัน แล้วสุดท้ายสัญญาณจะออกมาเป็นแบบไหน ก็ทำเป็นหลายกรณี อย่างที่บอกว่าเป็นสามกรณี ซึ่งปรากฏว่า กราฟอันที่ใช่คืออันที่เป็นหลุมดำสองอันรวมกัน ซึ่งตอนเขาทำไม่ได้ทำแค่สามกราฟ แต่ทำเป็นล้านกราฟ คือปรับเปลี่ยนค่าไปเรื่อยๆ

เวลาเราดูภาพในสื่อ จะเห็นว่าสวยงามมาก มีแอนิเมชั่นเคลื่อนที่เข้าหากัน บางคนอาจจะคิดว่าแค่ทำแอนิเมชั่นได้ก็ทำได้ แต่จริงๆ แล้วทุกจุดบนกราฟมันอธิบายได้ด้วยสมการทางฟิสิกส์ เพราะฉะนั้นการเคลื่อนที่ของมันทุกอย่างมีเหตุผล เขาจึงสมมุติว่า ถ้าเป็นแบบนี้ จะได้กราฟหน้าตาแบบนี้ สมมุติหลายๆ เคสมารวมกัน แล้วเอาอันที่ดีที่สุด เราก็จะรู้คำตอบเบื้องต้น

คือทีแรกเรายังไม่รู้ว่าเป็นหลุมดำสองหลุม ก็ต้องเอาแบบจำลองมาเทียบ คือทฤษฎีที่คำนวณมา ถ้าเป็นหลุมดำสองหลุม หน้าตามันจะเหมือนกันเลย

ก่อนจะเอาแบบจำลองมาเทียบ เราวัดได้ตอนไหน

ปกติเขาวัดตลอดเวลา เหมือนตรวจจับแผ่นดินไหว ปกติถ้าไม่มีอะไรมันก็จะวิ่งไปเรื่อยๆ พอมีสัญญาณมา มันก็พีคทีหนึ่ง แล้วพอพีคโดยมีนัยยะสำคัญว่าไม่ใช่ noise ธรรมดา เขาก็เอามาวิเคราะห์ แล้วแบบจำลองเขาก็ทำไว้อยู่แล้ว ว่าถ้าเป็นกรณีแบบนี้ กราฟจะหน้าตาแบบนี้ แล้ววิวัฒนาการของหลุมดำสองอันรวมกันมันจะเป็นแบบนี้ๆ มันมีไว้อยู่แล้ว

ปรากฏว่าที่ได้คือ หลุมดำสองอันที่มีมวลมากกว่า 30 เท่าของดวงอาทิตย์ มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 150 กิโลเมตร หรือขนาดประมาณกรุงเทพฯ และปริมณฑล ซึ่งถือว่ามวลเยอะมาก มารวมตัวกัน

จังหวะที่เจออยู่ที่ 0.2 วินาที ซึ่งแป๊บเดียวเอง ถามว่าทำไมตอนที่มันรวมตัวกันมันไวจัง จริงๆ ไม่ไวขนาดนั้น แต่ตอนที่เจอคือตอนที่พีคสุด ตอนที่มันกลายเป็นก้อนเดียวแล้วส่งคลื่นออกมาแรงที่สุด นั่นคือสิ่งที่เจอ

จริงๆ มันก็ส่งมาตลอด แต่มันจมไปใน noise เพราะอุปกรณ์เรายังไม่ดีพอ เราเจอแค่ก้อนนี้ ก็เลยวิเคราะห์แค่ก้อนนี้ ซึ่งอุปกรณ์นี้มันยังพัฒนาต่อไปได้อีก อันนี้แค่ 30 เปอร์เซ็นต์ของประสิทธิภาพ เขาสามารถพัฒนาไปถึง 100 เปอร์เซ็นต์

อุปกรณ์นี้เป็นอุโมงค์รูปตัว L วางไว้สองที่ คือที่ลุยส์เซียนา ทางตะวันออกเฉียงใต้ของสหรัฐ กับที่รัฐวอชิงตัน ทางตะวันตกเฉียงเหนือ ให้ห่างกันหลายพันกิโลเมตร ถ้ามันตรวจพบพร้อมกันสองที่ได้ แสดงว่าไม่ใช่สิ่งที่เกิดบนพื้นโลก เพราะ 2,000 กว่ากิโลเมตร ถ้าเป็นคลื่นแผ่นดินไหวจะใช้เวลานานในการเคลื่อนที่ แต่คลื่นความโน้มถ่วงจะใช้ความเร็วในการเดินทางเท่าความเร็วแสง คือไม่เกิน 0.01 วินาที แล้วเมื่อตรวจสองที่พร้อมกัน เวลาต่างกันแค่ 0.007 วินาที มันต้องเป็นอะไรที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงแน่นอน ไม่มีทางเป็นคลื่นอื่นที่ทำให้ตรวจพบพร้อมกันสองที่ เขาเลยมั่นใจว่าต้องเป็นคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งนี่เป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งที่เขาทดสอบเท่านั้น ยังมีวิธีทดสอบอีกหลายวิธีเลยเพื่อให้รู้ว่า มันเป็นของจริง

การทดสอบและพบคลื่นความโน้มถ่วงครั้งนี้ คงเป็นความตื่นเต้นของนักดาราศาสตร์หรือนักฟิสิกส์ แล้วคนทั่วไปอย่างเราๆ ได้อะไรจากการค้นพบนี้บ้าง

มันเป็นการเปิดหน้าต่างบานใหม่ (new window) ในการศึกษาวิทยาศาสตร์ทางฟิสิกส์ เปรียบเทียบง่ายๆ อย่างหลายร้อยปี ตั้งแต่ยุคกาลิเลโอ เราจะสังเกตการณ์สิ่งที่อยู่ในอวกาศ สังเกตจากแสงที่เรามองเห็นกัน คือแสงจากดวงอาทิตย์

จริงๆ แสงคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่ง จากดาวดวงอื่นหรือกาแล็กซีอื่นในจักรวาลก็เหมือนกัน เราสังเกตจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีหลายความถี่ ตั้งแต่ รังสีแกมมา UV แล้วก็ช่วงคลื่นที่เรามองเห็นได้ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง แล้วก็อินฟราเรด คลื่นความร้อน ไมโครเวฟ วิทยุ พวกนี้เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหมด ที่ผ่านมาหลายร้อยปีเราสังเกตพวกนี้เพื่อศึกษาฟิสิกส์ของดาราศาสตร์

นี่เป็นครั้งแรกที่เราศึกษาคลื่นรูปแบบอื่นๆ คือคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งแตกต่างกับแสงที่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และคลื่นความถี่นี้มันตรงกับคลื่นความถี่ที่มนุษย์ได้ยินได้พอดี 20-20,000 เฮิร์ตซ์ อันนี้มันประมาณ 30-260 คือพอดีหูได้ยิน เขาเลยเปรียบว่า นอกจากเรามองเห็นแล้ว เรายังได้ยินเสียงจากจักรวาล อันนี้คือสิ่งใหม่ ใหม่มากๆ คือหลังจากนี้จะไม่ใช่แค่แสงแล้ว แต่จะเป็นเหมือนลำโพงที่จักรวาลปล่อยเสียงมา แล้วเราก็ศึกษาว่ามันเกิดอะไรขึ้นในจักรวาล

wave-03

ส่วนที่ผมตื่นเต้นคือเรื่องการพิสูจน์ว่า หลุมดำสองอันรวมตัวกันมีจริง คือที่ผ่านมา เรามโนเอา ผมเป็นนักดาราศาสตร์สังเกตการณ์ ศึกษากาแล็กซีที่อยู่ไกลๆ แล้วในกาแล็กซีที่อยู่ไกลๆ มันจะมีหลุมดำอยู่กลางกาแล็กซี เรียกว่า Super Massive Black Hole หรือหลุมดำที่มีมวลมหาศาล มวลจะประมาณเกินล้านเท่าของดวงอาทิตย์ แล้วหลุมดำใหญ่ๆ พวกนี้ มันเกิดหลังจากจักรวาลเกิดขึ้นมาแล้วประมาณ 1,000 ล้านปีเอง เขาก็สงสัยว่ามันเกิดขึ้นมาได้ยังไง แล้วก็มีคนคิดว่า ตามทฤษฎีแล้วมันอาจจะเกิดจากหลุมดำเล็กๆ ที่เรียกว่า Stellar Mass Black Hole ที่มีมวลเท่าดาว มารวมตัวกันเรื่อยๆ จนมีขนาดใหญ่ แต่ไม่มีใครสังเกตเจอ

สิ่งที่เราสังเกตได้โดยอ้อมคือ Super Massive Black Hole เช่น ก่อนที่วัตถุจะโดนดูดเข้าไปในหลุมดำ มันจะเคลื่อนที่เร็วมาก เหมือนเวลาเรากดชักโครก พอใกล้ๆ ถึงจุดที่มันจะโดนดูดไป มันจะเคลื่อนเร็วมาก แล้วจังหวะที่เร็วมาก มันจะเปล่งแสงออกมา เนื่องจากก๊าซที่อยู่ในอวกาศมีมวลไม่เท่ากัน เพราะมันมีก๊าซหลายแบบ การเคลื่อนที่ก็ไม่เท่ากัน พอเร็วไม่เท่ากันก็เกิดการเสียดสี ความร้อนที่เกิดขึ้นก็คือการแผ่รังสีอินฟราเรดออกมา แต่นี่มันเคลื่อนที่เร็วมาก ความร้อนที่เกิดขึ้นจะเป็นรังสีที่พลังงานสูงมาก เช่น รังสีเอ็กซ์ ถ้าเราสังเกตรังสีเอ็กซ์ที่พลังงานสูงมาก เราก็จะรู้ว่าตรงนั้นต้องมีอะไรที่มีมวลมหาศาลที่เรามองไม่เห็น ซึ่งพอเรามองไม่เห็น มันก็น่าจะเป็นหลุมดำ

แต่หลุมดำเล็กๆ อาจยังไม่พอที่จะสร้างรังสีเอ็กซ์ที่พลังงานสูง ที่สว่างมาถึงจนเราสามารถตรวจพบได้โดยเทคโนโลยีปัจจุบัน เพราะฉะนั้นเราก็ยังไม่เคยเจอเลยว่าหลุมดำรวมกัน เราก็เดากันตลอดว่ามันต้องรวมกัน แต่ยังไม่เคยพิสูจน์ได้ว่ามันรวมกัน นี่เป็นครั้งแรกที่เจอว่ามันเกิดจากหลุมดำสองอันรวมกัน แสดงว่าทฤษฎีที่ว่าหลุมดำใหญ่ๆ เกิดจากการรวมกันของหลุมดำเล็กๆ มันอาจจะถูกต้อง โดยการค้นพบนี้

สำหรับคนทั่วไป ถามว่าได้อะไร คือ การจะสังเกตอะไรแบบนี้ได้ ถ้าสังเกตดีๆ ในกราฟ ความแตกต่างของ space จะมีหน่วยเป็น 10-21 ซึ่งน้อยมาก (เครื่องตัว L) การจะวัดอะไรได้ค่าน้อยแบบนี้เทคโนโลยีมันต้องสูงมาก เพราะฉะนั้นหลายทศวรรษที่ผ่านมาเพื่อพัฒนาอุปกรณ์ให้มาถึงตรงนี้ได้ มันทำให้เราได้เทคโนโลยีที่ดีหลายอย่าง เช่น เทคโนโลยีของกระจก การเคลือบผิวให้สะท้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ หรือเทคโนโลยีเครื่องตรวจจับที่มีประสิทธิภาพพอที่จะวัดสิ่งที่มันน้อยขนาดนี้ได้

ถ้าดูในเปเปอร์จะเห็นชื่อคนหลายร้อยคนรวมกัน ถ้าเห็นในหนังสือพิมพ์ จะมีรายชื่อคนไทยด้วย มีอาจารย์คนหนึ่ง ที่ไม่ได้ทำอะไรเกี่ยวกับดาราศาสตร์เลย แต่เป็นคนพัฒนาวัสดุเคลือบผิว คือการพัฒนาอุปกรณ์เล็กๆ ชิ้นหนึ่งที่อยู่ในอุปกรณ์ทั้งหมด สามารถเป็นวิทยานิพนธ์ชิ้นหนึ่งได้ แล้วทั้งหมดมันหลายร้อยชิ้น ก็ได้เทคโนโลยีหลายร้อยอย่างแล้ว นี่คือผลพลอยได้จากการที่เราสังเกตการณ์สิ่งนี้ ซึ่งนี่ผมว่ามันใช้ได้เร็วกว่าทฤษฎีที่เราหาไปเรื่อยๆ สำหรับคนทั่วไปครับ

พูดง่ายๆ ว่าเป็นการรวบรวมเทคโนโลยี ความสามารถและความเชี่ยวชาญมาจากหลายๆ ฝ่าย?

ใช่ครับ มันคือความร่วมมือกัน พวกที่คิดก็จะมีเป้าหมายหลักว่าเขาจะต้องการทำแบบนี้ แต่การที่จะทำแบบนี้ได้มันต้องการอะไรบ้าง เขาก็ระดมสมองไปเรื่อยๆ ใครเจ๋งเรื่องไหนก็เอามารวมกัน ขอให้มาช่วย ทั่วโลกก็ทำอันนี้ขึ้น

ถ้าดูเป็นสถาบันก็จะเป็นร้อยสถาบันจากทั่วทุกมุมโลกมารวมกัน แล้วประดิษฐ์ขึ้นมา แล้วก็วิเคราะห์ รวมถึงแบบจำลองพวกนี้ด้วย มันก็ต้องใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ใหญ่ๆ เป็นพันๆ เครื่อง ก็ได้เทคโนโลยีทางด้านคอมพิวเตอร์ไป

แล้วเขายังมีโครงการที่จะเอาอุปกรณ์ตัว L นี้ไปไว้ในอวกาศ เพื่อให้ตรวจจับได้ยาวนานกว่านี้ ชัดเจนกว่านี้ ซึ่งการที่จะเอาอุปกรณ์ไปไว้ในอวกาศก็ต้องใช้เทคโนโลยีอีกเพียบ การที่จะทำให้มันเสถียรได้ก็เทคโนโลยีอีกเพียบ โดยส่วนตัวผมมองว่าน่าจะตรงกับคนทั่วไปมากกว่า

แล้วเป้าหมายต่อไปคืออะไร

อันนี้แค่จุดเริ่มต้นเอง แค่บอกว่า เราได้แล้วนะ เราต้องหาสิ่งที่ไกลกว่านั้น อันนี้คือจักรวาลเมื่อ 1,300 ล้านปีที่แล้ว ซึ่งถือว่าใกล้มากเมื่อเทียบกับอายุจักรวาลที่อยู่ประมาณ 13,700 ล้านปี เขาต้องการไกลกว่านั้น

ปัจจุบันแสงที่ไกลที่สุดที่เราสามารถเจอได้เป็นคลื่นไมโครเวฟ ที่เรียกว่า Cosmic Microwave Background อันนั้นคือหลังจากบิ๊กแบง 300,000 ปี ซึ่งข้อมูลก่อนหน้านั้นเราไม่มีทางตรวจพบได้จากแสงที่เรามองเห็น แต่คาดว่าจะพบได้จากคลื่นความโน้มถ่วง เพราะฉะนั้นถ้าอุปกรณ์พัฒนาขึ้นอีก เราก็อาจมองทะลุเข้าไปถึงจังหวะที่จักรวาลระเบิดแล้วขยายตัวอย่างรวดเร็วได้ จุดประสงค์หลักของเขาก็คือดูวิวัฒนาการของจักรวาลนี่แหละ อันนี้เป็นแค่จุดเริ่มต้นว่าเรามาถูกทางแล้ว ขอแค่ของดีกว่านี้ เพื่อทำให้รู้จริงไปเลยว่าเกิดอะไรขึ้น เพราะปัจจุบันเราใช้แบบจำลองในหลายกรณี แล้วเทียบกับผลที่เราสังเกตการณ์ได้ว่า วิวัฒนาการของจักรวาลน่าจะเป็นแบบนี้ แล้วก็เทียบว่ามันตรงกัน เรามาถูก แต่เราไม่เคยรู้ชัดๆ เลยว่ามันจริงหรือเปล่า อันนี้ก็จะเป็นสิ่งที่เราสามารถทดสอบได้

นอกจากทฤษฎีของไอน์สไตน์ ยังมีทฤษฎีอื่นๆ ที่ไม่สามารถพิสูจน์ได้เนื่องจากเทคโนโลยียังไปไม่ถึงเยอะไหม

ยังมีอีกเพียบเลยครับ เพราะทฤษฎีของไอน์สไตน์ไม่ได้อธิบายทั้งหมดของจักรวาล ณ จุดที่เกิดบิ๊กแบง มันจะมีทฤษฎีควอนตัมเข้าไปเกี่ยวด้วย ซึ่งตรงนั้นเขายังพิสูจน์ไม่ได้เหมือนกัน เขาก็คิดว่า ถ้าเรารู้ลึกขึ้นไปอีก ก็จะช่วยให้เราเข้าใจมากขึ้น

คือยังมีอีกเยอะมาก ทำได้อีกเป็นพันปีเลยผมว่า (หัวเราะ) เอาง่ายๆ อย่างตอนที่กาลิเลโอสังเกตแสงเมื่อ 400 ปีก่อน เรา observe แบบงูๆ ปลาๆ มาก ใช้ตามอง แล้วก็จดหรือวาดเอา หรือสมัยที่อาจารย์ผมทำวิจัย ตอนที่พวกเราเพิ่งเกิดกัน ก็ยังไม่มีอุปกรณ์ที่ดีพอจะถ่ายรูปดาวสวยๆ เลย อย่างกล้องฮับเบิล (Hubble Space Telescope) ก็เพิ่งส่งออกไปใช้งานได้เมื่อ 20 ปีก่อน (ปี 1995) อันนั้นถือเป็นครั้งแรกที่ทำให้เราเห็นรายละเอียดจากแสง ซึ่งนั่นห่างจากจุดแรกประมาณ 300 กว่าปี

เกือบ 400 ปี กว่าเราจะได้เห็นแสง ‘ค่อนข้างชัดเจน’ แต่ก็ยังไม่ชัดเจนพอ และปีนี้ การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วง ก็เป็นอีกจุดเริ่มต้นหนึ่ง กว่าที่เราจะเห็นได้ชัดเจน หรือเข้าใจอะไรได้มาก มันยังอีกยาวไกล แต่ข้อดีคือ เทคโนโลยีในปัจจุบันไปได้เร็วมาก ถ้าเทียบกับยุคที่พวกเราเรียนมัธยม สมัยก่อนยังใช้เน็ตโมเด็มกันอยู่เลย ช่วงหลังอาจจะไม่ต้องรออีกเป็นร้อยปีเหมือนสมัยก่อน เขาเดาว่า อีกสิบยี่สิบปีข้างหน้า อุปกรณ์พวกนี้จะเยอะขึ้น พร้อมกับความแม่นยำในการตรวจสอบจะดีขึ้นมากอย่างก้าวกระโดด ฉะนั้น ในอีก 20 ปีข้างหน้าเราอาจจะได้เห็นอะไรดีๆ มากกว่าเสียงวูบนี้ก็ได้

พูดง่ายๆ คลื่นความโน้มถ่วง คือสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อ 1,300 ล้านปีที่แล้วใช่ไหม แล้วเรามีสิทธิ์ที่จะมองเห็นในสิ่งที่ไกลกว่านั้นจากทฤษฎีนี้ใช่ไหม

ใช่ครับ เรากำลังจะมองไกลไปกว่านั้นเยอะๆ เลย เราอยากจะมองให้มันไกลไปกว่านั้น

มันได้แค่ไกลกว่านั้นใช่ไหม

มองย้อนก็ได้ แล้วแต่ว่ามันจะเกิดเมื่อไหร่ คือที่มันเกิดใกล้ มันก็ใช้เวลาแป๊บเดียวมาถึงเรา แต่มันก็เกิดอยู่ตลอด เขามีการคำนวณเรตออกมาว่า ปริมาตรของจักรวาลประมาณนี้ มันจะเกิดกี่ครั้งต่อปี ดังนั้นมันเกิดได้ตลอดทุกช่วงเวลาเลย เพียงแต่ว่า สิ่งที่จะเกิด ขึ้นอยู่กับมวลเริ่มต้น ถ้ามวลเยอะมาก มันก็เกิดคลื่นแรง เราก็ตรวจจับได้ แต่ถ้ามวลน้อย เกิดคลื่นเบา เราก็ตรวจจับไม่ได้

หรือถ้ามันอยู่ไกลมาก แต่มวลเยอะมาก คลื่นแรงมาก เราก็ตรวจจับได้ ถ้ามันอยู่ใกล้ แต่คลื่นแรงมาก เราก็ตรวจจับได้อีก คือไม่แคร์ว่าจะต้องไกลหรือใกล้แค่ไหน ขอให้เจอ

ถ้าสมมุติเราไม่เจอคลื่นที่แรงมาก เราก็จะไม่เจอหรือเปล่า

ถ้าเกิดมันไม่แรงเกิน noise มันก็โดน noise กลบ เราก็แยกไม่ได้ว่าอันไหนเป็นเสียง noise หรือเป็นเสียงจริงๆ

จริงๆ ตอนที่เขาสังเกตการณ์ มันอยู่ในช่วงที่เรียกว่า engineering run เวลาพัฒนาอุปกรณ์ที่ใช้สังเกตการณ์ มันจะมีช่วงที่เอาอุปกรณ์แต่ละชิ้นทดสอบในแล็บ พอทดสอบเสร็จ ก็ค่อยเอามาประกอบกัน พอประกอบเสร็จ ก็จะมีช่วง engineering run คือเป็นการเทสต์ไปในตัว ซึ่งข้อมูลตรงนี้ก็ใช้ได้ แต่ว่ามันยังไม่เต็มที่ (full performance) หลังจากที่เทสต์เรียบร้อย จะเข้าสู่ช่วงปกติที่เรียกว่า observing run คือช่วงสังเกตการณ์จริงๆ อันนี้คือตอนที่เพิ่งเอามาติด แต่อัพเกรดแล้ว ก็อยู่ในช่วง engineering run เป็นการทดสอบแล้วเขาเจอ ถ้าเกิดพัฒนาเรียบร้อยแล้ว มันจะเพิ่มประสิทธิภาพไปอีกสามเท่า

wave-01

ฉะนั้น noise ที่เห็นตอนนี้ มันจะเล็กลง สมมุติมันมี noise แบบนี้ แล้วสัญญาณมาแบบนี้ ความยาวคลื่นใกล้ๆ กัน มันก็จะโดน noise กลบ เราจะมองไม่เห็นสัญญาณ ทีนี้ ถ้าสัญญาณเท่าเดิม แต่ noise น้อยลง เราก็จะมองเห็นสัญญาณได้ นี่คือสิ่งที่เขากำลังทำ เพื่อลดขนาด noise ให้เล็กลง แม้สัญญาณที่เบาๆ เราก็จะสามารถจับได้ ถ้าเกิดเราทำได้แบบนั้น เราจะไม่ได้เห็นแค่จุดจบตอนที่มันรวมกัน แต่เราอาจจะเห็นตอนที่มันหมุนวนรวมกันอยู่ก็ได้ นี่คือสิ่งที่เขากำลังทำกันอยู่

ไอเดียเดินทางข้ามเวลา (time travel) ยังอยู่อีกไกลใช่ไหม หรือเป็นแค่มโน

ผมว่ายังอีกยาวนานมากที่เราจะสามารถย้อนเวลาไปได้ขนาดนั้น คือตอนถ่ายทอดสดก็มีคนถามว่าจะเป็นไปได้ไหม แล้วทุกคนก็โยนให้ คิป ธอร์นโปรดิวเซอร์ของ Interstellar เพราะเป็นคนเดียวที่สามารถพูดแล้วทำให้มันน่าตื่นเต้นได้ แต่สรุปก็คือ ยังอีกยาวไกลมาก เรายังไม่รู้เลยว่าธรรมชาติของคลื่นความโน้มถ่วงเป็นอย่างไร คือมันต้องศึกษาไปมากกว่านี้ว่า มันจะเกิดอะไรขึ้น คือทฤษฎีเรามีอยู่แล้ว เพียงแต่เราต้องการหลักฐานมากขึ้นเท่านั้นเอง นี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้น ยังอีกไกล ยังไปได้อีกไกล ไทม์แมชชีนคงต้องรอไปก่อน

ตอนนี้สิ่งที่สังเกตได้ คือแสงกับเสียง ก็คือ สิ่งที่พุ่งมาหาเรา เป็นสิ่งจากอดีต?

ส่วนเราก็ไปไหนไม่ได้อยู่ดี ในจินตนาการของผม ถ้าสมมุติเราออกจากโลกไป เคลื่อนที่ไปเรื่อยๆ เวลามันก็เป็นบวกไปเรื่อยๆ ต่อให้เราไปเจอ ซึ่งก็เป็นเวลาที่ผ่านมาแล้วอยู่ดี ฉะนั้น ไม่มีทางทะลุย้อนไปได้ แต่มันก็มีทฤษฎีที่เขาคำนวณมาว่า การย้อนเวลามันเป็นอย่างไร

ถ้าเราตรวจจับเสียงจากจักรวาลไกลๆ ได้แล้ว จะทำให้การเขียนนิยายวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการสื่อสารกับมนุษย์ต่างดาวน่าสนุกขึ้นไหม

ผมว่ามันจะทำให้คนอินมากขึ้น เพราะไม่ใช่แค่การมโน เพราะนี่คือเราเจอทั้งแสงทั้งเสียงมาแล้ว ฉะนั้น เวลาเขียน คนเขียนสามารถเคลมได้ว่า ส่วนหนึ่งมันมาจากเรื่องจริง พอเขียนแค่นี้มันก็จะตื่นเต้น

เสียงในอวกาศ เหมือนหรือต่างกับเสียงจากบนโลกไหม

มันก็คือคลื่นครับ เสียงก็คือคลื่น เพียงแต่ถ้าคลื่นความถี่ของมันมาตรงกับความถี่ของอวัยวะที่เรารับได้ เราก็ได้ยินแค่นั้นเอง พอดีว่าคลื่นมันอยู่ในช่วงที่เรารับได้ เราก็เลยได้ยินเป็นเสียง เขาเลยเปรียบเทียบว่าเหมือนเราได้ยินเสียงจากอวกาศ แต่ถ้าเป็นนิยาย ผมว่าหลังจากนี้คงมีอีกเพียบเลยที่ใช้เรื่องนี้เป็นแรงบันดาลใจ ส่วนผลที่ได้ทางอ้อมก็คือ ทำให้เด็กรุ่นใหม่สนใจเรื่องวิทยาศาสตร์มากขึ้น

Author

กองบรรณาธิการ
ทีมงานหลากวัยหลายรุ่น แต่ร่วมโต๊ะความคิด แลกเปลี่ยนบทสนทนา แชร์ความคิด นวดให้แน่น คนให้เข้ม เขย่าให้ตกผลึก ผลิตเนื้อหาออกมาในนามกองบรรณาธิการ WAY