10 เรื่องสุดยอดการค้นพบทางฟิสิกส์แห่งปี 2559

Image copyright LIGO/T. Pyle/SCIENCE PHOTO LIBRARY
คำบรรยายภาพ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ทำนายถึงการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง

ตลอดปี 2559 ที่กำลังจะผ่านพ้นไปนี้ มีข่าวคราวการค้นพบทางวิทยาศาสตร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านฟิสิกส์มากมายหลายเรื่อง โดยนิตยสารฟิสิกส์ เวิลด์ (Physics world) ได้รวบรวมการค้นพบสำคัญถึง 10 เรื่องที่สั่นสะเทือนวงการฟิสิกส์โลกตลอดปีที่ผ่านมาเอาไว้ดังนี้

1: คลื่นความโน้มถ่วงมีจริง

นักวิทยาศาสตร์นานาชาติภายใต้โครงการความร่วมมือ LIGO ตรวจพบ "คลื่นความโน้มถ่วง" (Gravitational waves) ว่ามีอยู่จริงตามที่ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้ทำนายไว้ด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

นักวิทยาศาสตร์ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งเป็นคลื่นของกาล-อวกาศ ที่แผ่ออกมาจากการชนกันของหลุมดำ 2 หลุม ที่คาดว่าอยู่ห่างจากโลกออกไปกว่าหนึ่งพันล้านปีแสงได้ โดยการค้นพบนี้อาจนำไปสู่การไขความลับเรื่องความเป็นมาของจักรวาลในอดีต ซึ่งจะสามารถย้อนไปได้จนถึงการระเบิดครั้งใหญ่หรือบิ๊กแบง รวมทั้งช่วยในการพัฒนา "ทฤษฎีแห่งสรรพสิ่ง" (Theory of Everything) ซึ่งจะสามารถอธิบายปรากฏการณ์ทุกอย่างได้ด้วยหลักการเดียว

2: ทฤษฎี "แมวของชโรดิงเจอร์" เป็นไปได้

ทีมนักวิทยาศาสตร์จากฝรั่งเศสและสหรัฐฯ ร่วมกันพิสูจน์ทฤษฎี "แมวของชโรดิงเจอร์" (Schrödinger's Cat ) อันเลื่องชื่อ และพบว่าแนวคิดที่แปลกประหลาดทางควอนตัมฟิสิกส์นี้สามารถเกิดขึ้นได้จริง

เออร์วิน ชโรดิงเจอร์ นักฟิสิกส์ชาวออสเตรียได้เสนอทฤษฎีที่ว่า อนุภาคสามารถอยู่ในสองสถานะได้ในเวลาเดียวกัน เช่นเดียวกับแมวที่ถูกขังไว้ในกล่องบรรจุกัมมันตรังสีและยาพิษ หากสามารถปล่อยยาพิษออกมาได้ในเวลาเดียวกับที่มีการเริ่มแผ่กัมมันตรังสี แมวที่อยู่ในกล่องจะมีสถานะเท่ากับทั้งเป็นและตายในเวลาเดียวกัน ตราบใดที่ยังไม่เปิดกล่องออกมาสังเกตดู

เพื่อพิสูจน์ทฤษฎีดังกล่าว ทีมนักวิทยาศาสตร์ฝรั่งเศสและอเมริกันได้ทดลองสร้างพื้นที่ว่างระหว่างคลื่นไมโครเวฟที่เปรียบเสมือนกล่องใส่แมวขึ้น แล้วใส่อนุภาคโฟตอนจำนวนมากเข้าไป จนพบว่าอนุภาคเหล่านี้สามารถปรากฏอยู่ในตำแหน่งที่ต่างกันสองแห่งได้ภายในเวลาเดียวกัน

Image copyright Science Photo Library
คำบรรยายภาพ แมวของชโรดิงเจอร์มีสองสถานะคือทั้งเป็นและตายในเวลาเดียวกัน เมื่ออยู่ในกล่องที่ยังไม่ได้เปิดออกเพื่อสังเกตการณ์

3: กราวิมิเตอร์ (Gravimeter) วัดแรงโน้มถ่วง

นักวิจัยของมหาวิทยาลัยกลาสโกว์แห่งสหราชอาณาจักร ประดิษฐ์เครื่องมือวัดแรงโน้มถ่วงของโลก "กราวิมิเตอร์" ซึ่งสามารถใช้งานได้อย่างแม่นยำ ทั้งมีประโยชน์ในการสำรวจสินแร่ วิศวกรรมโยธา และติดตามการเคลื่อนไหวของภูเขาไฟ

4: พบดาวแฝดของโลกที่อยู่ใกล้มากที่สุด

นักดาราศาสตร์ค้นพบดาวเคราะห์ "พร็อกซิมา บี" บริวารของดาวฤกษ์พร็อกซิมา เซนทอรี ว่าเป็นดาวใกล้ระบบสุริยะที่มีลักษณะคล้ายคลึงกับโลกของเรามากที่สุด โดยดาวนี้เป็นหินแข็ง มีขนาดใหญ่กว่าโลก 1.3 เท่า และน่าจะมีน้ำอยู่บนพื้นผิวดาวด้วย ทำให้เกิดความหวังเรื่องการอพยพของมนุษย์ไปตั้งถิ่นฐานนอกโลกขึ้นมาอีกครั้ง

Image copyright ESO/M.Kornmesser
คำบรรยายภาพ ข้อมูลจากการค้นพบดาวเคราะห์พร็อกซิมา บี ชี้ว่าดาวมีลักษณะเป็นหินแข็งคล้ายโลกของเรา

5: ความพัวพันทางควอนตัม (Quantum entanglement)

คณะนักวิทยาศาสตร์นานาชาติ ประสบความสำเร็จในการสร้างปรากฏการณ์ความพัวพันทางควอนตัม (Quantum entanglement) โดยสามารถตรวจวัดความพัวพันที่อนุภาคมีประจุไฟฟ้าหรือไอออนสองชนิดมีต่อกันได้ ซึ่งความรู้ในเรื่องนี้จะสามารถนำไปพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัม ซึ่งมีหน่วยความจำและการประมวลผลระดับอะตอม ทำให้สามารถโปรแกรมตัวเองได้และทำงานด้วยความเร็วสูงอย่างคาดไม่ถึงในอนาคต

6: พัฒนาวัสดุมหัศจรรย์ "กราฟีน" ไปอีกขั้น

มีการตรวจวัดคุณสมบัติการหักเหแสงที่เป็นลบ (Negative refraction) ของกราฟีน (Graphene) วัสดุมหัศจรรย์แห่งอนาคตซึ่งเป็นผลงานรางวัลโนเบลปี 2010 โดยคุณสมบัติการหักเหแสงที่ไม่ปกติของวัสดุชนิดนี้ ชี้ว่าเราอาจนำกราฟีนไปใช้ในการสร้างวัสดุนำแสงหรืออุปกรณ์เพื่อการมองเห็น เช่นเลนส์คุณภาพสูงได้

7: นาฬิกานิวเคลียร์

นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันตรวจพบการเปลี่ยนสถานะที่สังเกตเห็นได้ยากในไอโซโทปกัมมันตรังสีของธาตุทอเรียม (ทอเรียม - 229) ซึ่งสามารถนำไปสู่การพัฒนา "นาฬิกานิวเคลียร์" ที่มีความเสถียรเที่ยงตรงยิ่งกว่านาฬิกาอะตอมที่ใช้กันในปัจจุบัน

Image copyright MESOLENS
คำบรรยายภาพ เมโซเลนส์สามารถใช้มองภาพขยายได้ในมุมมองที่กว้างมากขึ้น

8: เมโซเลนส์ (Mesolens)

มหาวิทยาลัยสแตรธไคลด์ในสก็อตแลนด์ พัฒนาเลนส์กล้องจุลทรรศน์ชนิดใหม่ที่เรียกว่า "เมโซเลนส์" (Mesolens) ซึ่งสามารถใช้มองภาพขยายได้ในมุมมองที่กว้างมากขึ้น ทั้งให้ความละเอียดคมชัดของภาพสูงขึ้นอีกด้วย

9: ใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมจำลองปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคมูลฐาน

นักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวออสเตรียใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ควอนตัมจำลองปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคมูลฐานหลายตัวได้เป็นครั้งแรก ซึ่งการคำนวณเพื่อจำลองปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนดังกล่าวนี้ ไม่สามารถทำได้ด้วยคอมพิวเตอร์ธรรมดามาก่อน

10: เครื่องยนต์อะตอมเดียว

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเมนซ์ในเยอรมนีสร้างเครื่องยนต์จากอะตอมของแคลเซียมเพียงอะตอมเดียวได้สำเร็จ โดยใช้การจับอะตอมแคลเซียมไว้ในกับดักรูปกรวย และใช้พลังงานที่เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิมาทำให้เกิดการทำงานแบบเครื่องกลขึ้น