นักฟิสิกส์ใช้คลื่นความโน้มถ่วงค้นหา “จุดเริ่มต้นของกาลเวลา”

เหตุการณ์ก่อกำเนิดจักรวาลหรือบิ๊กแบง (Big Bang) ถือเป็นจุดเริ่มต้นแห่งการขยายตัวครั้งมโหฬารของปริภูมิ-เวลา (space-time) ซึ่งปัจจุบันมนุษย์เรายังไม่มีเครื่องมือที่สามารถมองย้อนกลับไปศึกษาถึงจุดกำเนิด รวมทั้งช่วงเวลาเริ่มต้นของสรรพสิ่งทั้งหลายได้

แต่ล่าสุดทีมนักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการฟิสิกส์พลาสมาของมหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน (PPPL) ในสหรัฐฯ ได้เสนอวิธีการใหม่ที่ใช้คลื่นความโน้มถ่วง (gravitational wave) มาเป็นเครื่องมือในการค้นหาจุดกำเนิดและศึกษาเกี่ยวกับยุคแรกเริ่มของจักรวาล แทนการใช้แสงหรืออนุภาคของแสง (photon) ซึ่งยังไม่ถือกำเนิดขึ้นในช่วง “ยุคมืด” 380,000 ปีแรกหลังเหตุการณ์บิ๊กแบง

ดีเพน การ์ก นักวิจัยระดับปริญญาเอกของ PPPL ซึ่งเป็นผู้นำทีมที่ศึกษาเรื่องดังกล่าวบอกว่า “เราไม่สามารถมองเห็นจักรวาลยุคแรกเริ่มได้โดยตรง แต่เราอาจจะรู้จักมันได้ผ่านการวิเคราะห์คลื่นความโน้มถ่วงจากยุคโบราณ โดยดูว่าคลื่นนี้ส่งผลกระทบอย่างไรต่อสสารและการแผ่รังสีของทุกสิ่งที่มันเดินทางผ่านไป”

• เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง “ไลโก” ใช้ค้นหายานของเอเลียนได้
• คลื่นความโน้มถ่วงทรงพลังที่สุดที่เคยพบมาถึงโลก
• คลื่นความโน้มถ่วงพลังมหาศาลให้กำเนิดหลุมดำได้

คลื่นความโน้มถ่วงตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์นั้น เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของวัตถุมวลมากในห้วงอวกาศ ทำให้เกิดระลอกคลื่นของปริภูมิ-เวลา ที่แผ่ออกไปไม่สิ้นสุดในห้วงจักรวาลคล้ายคลื่นน้ำ โดยคลื่นความโน้มถ่วงจะไม่ถูกกีดขวางหรือดูดซับด้วยสิ่งต่าง ๆ ที่มันเคลื่อนผ่านไปด้วยความเร็วแสง

ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์สามารถใช้อุปกรณ์ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่เดินทางมาถึงโลก หลังเกิดเหตุการณ์ชนปะทะกันระหว่างหลุมดำหรือดาวนิวตรอนได้ ตัวอย่างเช่นเครื่องสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วง “ไลโก” (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory – LIGO) ที่รัฐวอชิงตันและลุยเซียนาของสหรัฐฯ

รายงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Cosmology and Astroparticle Physics ระบุว่าทีมผู้วิจัยได้พัฒนาสมการคณิตศาสตร์ขึ้นมา เพื่อเป็นสูตรในการคำนวณหาคุณสมบัติต่าง ๆ ของวัตถุอวกาศในยุคแรกกำเนิดจักรวาล โดยใช้การเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในพลาสมา ซึ่งมีอยู่ในเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันทั่วไป มาเป็นต้นแบบสร้างสูตรคำนวณคลื่นความโน้มถ่วงขณะเคลื่อนผ่านสสาร เนื่องจากการเคลื่อนที่ของคลื่นสองแบบนี้มีความคล้ายคลึงกัน

การคำนวณนี้อาศัยหลักการที่ว่า เมื่อคลื่นความโน้มถ่วงเดินทางผ่านสสารอย่างเช่นดวงดาว จะทำปฏิกิริยาให้มีแสงสว่างเกิดขึ้นเล็กน้อย โดยลักษณะของแสงนั้นขึ้นอยู่กับมวลและความหนาแน่นของดาว

ทีมผู้วิจัยเชื่อว่าจะสามารถใช้สมการนี้คำนวณ เพื่อทราบถึงสภาพการณ์ในอดีตของดาวที่อยู่ห่างออกไปหลายพันล้านปีแสง รวมทั้งจะสามารถพัฒนาให้สมการดังกล่าวเปิดเผยข้อมูลสำคัญของจักรวาลยุคแรกเริ่ม หรือแม้แต่เหตุการณ์บิ๊กแบงได้ในอนาคตอันใกล้

ข่าว บีบีซี ไทย ที่เผยแพร่ในเว็บไซต์ ประชาชาติธุรกิจ เป็นความร่วมมือของสององค์กรข่าว