ความโน้มถ่วงในเอกภพไม่รั่วไหลไปยังมิติอื่น

  • 28 พฤศจิกายน 2018
ภาพจำลองการชนและรวมตัวกันของคู่ดาวนิวตรอน โดยกลุ่มเมฆฝุ่นที่ร้อนและหนาแน่นฟุ้งออกมาจากดาวทั้งสองก่อนจะชนกันเพียงเสี้ยววินาที Image copyright NASA
คำบรรยายภาพ ภาพจำลองการชนและรวมตัวกันของคู่ดาวนิวตรอน โดยกลุ่มเมฆฝุ่นที่ร้อนและหนาแน่นฟุ้งออกมาจากดาวทั้งสองก่อนจะชนกันเพียงเสี้ยววินาที

ตลอดช่วงปีที่ผ่านมา ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ได้ผ่านการทดสอบจากนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่มาหลายต่อหลายครั้ง แต่ผลการพิสูจน์ที่ได้ก็ยังคงยืนยันว่า ทฤษฎีที่มีอายุร่วมร้อยปีนี้มีความถูกต้องในหลายประเด็น ล่าสุดแนวคิดที่ว่า ความโน้มถ่วงที่มีอยู่ในเอกภพของเราจะไม่รั่วไหลไปยังมิติอื่น ๆ ได้ผ่านการพิสูจน์ว่าถูกต้องแล้วเช่นกัน

ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติ ได้ใช้อุปกรณ์สังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงหรือไลโก (LIGO) ซึ่งตั้งอยู่ที่สหรัฐฯ รวมทั้งกล้องโทรทรรศน์บนโลกหลายแห่ง ศึกษาปรากฏการณ์ที่คู่ดาวนิวตรอนชนปะทะและรวมตัวเข้าด้วยกัน โดยเหตุการณ์ในจักรวาลที่รุนแรงและทรงพลังเช่นนี้ มักจะเกิดคลื่นความโน้มถ่วงที่คล้ายระลอกคลื่นน้ำแผ่ออกไปด้วย

ก่อนหน้านี้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ระบุว่า ความโน้มถ่วงที่มีอยู่ในเอกภพของเรา จะสามารถคงอยู่ได้ภายในขอบเขตของปริภูมิ-เวลา (space-time) ที่มี 4 มิติ โดยไม่รั่วไหลไปยังมิติอื่น ๆ เช่น มิติที่ 5 หรือ มิติที่ 6 หากมิติพิเศษที่ว่านั้นมีอยู่จริง ซึ่งโดยทฤษฎีแล้วมิติพิเศษเหล่านี้จะไม่มีแสงสว่าง

ถึงแม้จะเกิดเหตุการณ์รุนแรงที่กระทบต่อโครงสร้างของปริภูมิ-เวลา เช่นการชนกันของหลุมดำหรือดาวนิวตรอน ก็จะไม่ทำให้ความโน้มถ่วงในเอกภพ 4 มิติรั่วไหลออกไปได้

Image copyright LIGO
คำบรรยายภาพ สถานที่ตั้งอุปกรณ์ LIGO ในเมืองแฮนฟอร์ด รัฐวอชิงตันของสหรัฐฯ

ทีมนักวิทยาศาสตร์ของไลโกได้ศึกษาคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งเดินทางมาพร้อมกับคลื่นแสงจากเหตุการณ์ GW170817 ซึ่งเป็นคู่ดาวนิวตรอนที่ชนกันโดยอยู่ห่างไกลจากโลก 130 ล้านปีแสง โดยไลโกสามารถตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงนี้ได้ในปี 2017

ผลการศึกษาที่เผยแพร่ในคลังเอกสารวิชาการออนไลน์ arXiv.org ระบุว่า คลื่นความโน้มถ่วงและคลื่นแสงจากเหตุการณ์นี้เดินทางมายังโลกด้วยความเร็วเท่ากัน โดยไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงของสัดส่วนแอมพลิจูด (amplitude) ในคลื่นความโน้มถ่วงเมื่อเทียบกับคลื่นแสงที่มีสภาพคงที่ ซึ่งก็แสดงว่าคลื่นความโน้มถ่วงไม่ได้สูญเสียพลังงานไปในระหว่างทางเพราะมีการรั่วไหลของมิติเกิดขึ้นแต่อย่างใด

ทีมผู้วิจัยยังบอกว่า การพิสูจน์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปนั้นเป็นเรื่องสำคัญต่อความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ และยังจะต้องมีการพิสูจน์ซ้ำในอีกหลายแง่มุมในอนาคต ซึ่งการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงด้วยอุปกรณ์ไลโกและเวอร์โก (VIRGO) ซึ่งใกล้จะเปิดใช้งานในประเทศอิตาลี จะทำให้การตรวจวัดดังกล่าวมีความแม่นยำมากขึ้นอีกหลายเท่า

อ่านข่าวนี้เพิ่มเติม