วิชาการ.คอม - โนเบลฟิสิกส์ 2006 มอบให้แก่ผู้ศึกษาสัญญาณจากปฐมกาลของเอกภพ

โนเบลฟิสิกส์ 2006 มอบให้แก่ผู้ศึกษาสัญญาณจากปฐมกาลของเอกภพ

โพสต์เมื่อ: 15:26 วันที่ 6 ต.ค. 2549 ชมแล้ว: 161,563 ตอบแล้ว: 14

รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ปีนี้ (2006) มอบให้แก่ 2 นักวิจัยสหรัฐฯ “สำหรับการค้นพบรูปแบบ ‘วัตถุดำ’ และความไม่สม่ำเสมอในทิศทาง (anisotropy) ของรังสีพื้นหลังไมโครเวฟของเอกภพ” จากการร่วมงานในโครงการโคบี (COBE) ของนาซ่า ซึ่งถือกันว่าเป็นการเปิดศักราชแห่งยุคทองของเอกภพวิทยา

ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปีนี้ได้แก่ จอห์น ซี มาเธอร์ (John C Mather) และ จอร์จ เอฟ สมูท (George F Smoot) งานของพวกเขาที่ได้รับเกียรติยกย่องนี้ได้ถูกทำขึ้นเมื่อช่วงปลายทศวรรษ 1980 ต่อต้นทศวรรษ 1990 โดยใช้ข้อมูลจากดาวเทียม Cosmic Background Explorer หรือเรียกสั้น ๆ ว่า COBE ของนาซ่า จอห์น มาเธอร์เป็นผู้ประสานงานในกระบวนการทั้งหมดสำหรับการวิเคราะห์ข้อมูลของ COBE และยังถือเป็นผู้รับผิดชอบหลักในงานทดลองที่ได้เผยให้เห็นว่ารังสีพื้นหลังไมโครเวฟของเอกภพ หรือ cosmic microwave background (CMB) เป็นรังสีที่เป็นแบบรังสีวัตถุดำ (blackbody radiation) อย่างสมบูรณ์แบบที่สุด เท่าที่เคยพบมาในธรรมชาติ ส่วน จอร์จ สมูท เป็นบุคคลหลักในการรับผิดชอบงานการวัดการกระเพื่อมอันน้อยนิดที่มีในอุณหภูมิของ CMB

นักเอกภพวิทยาเชื่อว่ารังสี CMB อุบัติขึ้นเมื่อราว 13 พันล้านปีก่อน หลังเกิดการระเบิดครั้งใหญ่ หรือบิ๊กแบง (Big Bang) ไม่นาน ณ เวลานั้น แต่ละบริเวณในทั่วทั้งเอกภพเป็น เหมือน วัตถุอันร้อนจัดที่ปลดปล่อยรังสีที่มีการกระจายตัวของสเปกตรัมแบบเฉพาะ ที่เรียกว่าแบบ ‘วัตถุดำ’ รังสีนี้ยังมีอยู่ทั่วทั้งเอกภพ แม้กระทั่งในปัจจุบัน โดยคงการกระจายตัวของสเปกตรัมแบบวัตถุดำไว้ด้วย ถึงแม้เอกภพจะมีขยายตัวเรื่อยมาก็ตาม

มีกฎที่นักเอกภพวิทยาทราบกันดีว่า เมื่อเอกภพขยายตัว ความยาวคลื่นของรังสีทุกช่วงสเปกตรัมจะยืดออกด้วยอัตราส่วนเดียวกันกับการขยายตัวของเอกภพ การกระจายตัวของสเปกตรัมโดยส่วนใหญ่จึงถูกเลื่อนจากช่วงที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า (พลังงานสูงกว่า) ไปยังบริเวณที่มีช่วงความยาวคลื่นยาวกว่า และ ณ ปัจจุบันอยู่ในช่วงคลื่นไมโครเวฟ (0.1-100 มิลลิเมตร) นั่นจึงเป็นเหตุที่ทำให้มีการเรียกสัญญาณพื้นหลังแห่งอดีตกาลนี้ว่า cosmic microwave background radiation

และด้วยการวัดการกระจายตัวสเปกตรัมแบบวัตถุดำของ CMB ซึ่งนำโดยมาเธอร์นี้เอง จึงเป็นครั้งแรกที่ทำให้เราทราบอย่างชัดเจนว่าเอกภพมีรังสีพื้นหลังที่เหมือนกับรังสีวัตถุดำ ที่อุณหภูมิ 2.7 องศาสัมบูรณ์ (เคลวิน) หรือต่ำกว่าจุดเยือกแข็งราว 270 องศาเซลเซียส เมื่อครั้งที่ผลของงานวิจัยนี้ซึ่งเป็นเส้นโค้งแสดงการกระจายตัวของสเปกตรัมที่สอดคล้องกับแบบวัตถุดำอย่างที่ไม่เคยพบมาก่อนถูกเผยแพร่ครั้งแรกที่การประชุมดาราศาสตร์แห่งหนึ่งในเดือนมกราคม ปี ค.ศ. 1990 ก็ทำให้ผู้เข้าร่วมประชุมต่างชื่นชมยินดี ด้วยการยืนขึ้นปรบมือให้อย่างยาวนาน

นอกจากนี้เขายังสังเกตพบว่าอุณหภูมิของรังสีพื้นหลังที่เป็นแบบวัตถุดำนี้แทบจะเท่ากันหมดในทุกทิศทาง หรือไอโซทรอปิก (isotropic) ซึ่งสอดคล้องกับหลักการทางเอกภพวิทยาที่มีมานานก่อนหน้านั้น ผลที่เขาค้นพบทั้งสองนี้ (รังสีแบบวัตถุดำและอุณหภูมิมีความเป็นไอโซทรอปิกสูง) ได้ให้ความเข้าใจอันกระจ่างขึ้นเป็นครั้งแรกในเรื่องการกำเนิดของเอกภพ และยืนยันอย่างหนักแน่นที่สุดว่าเอกภพของเราวิวัฒน์ตามสมมติฐานที่ว่าเกิดขึ้นด้วยการระเบิดครั้งใหญ่ หรือบิ๊กแบง แล้วมีการขยายตัว ไม่ใช่แบบคงสภาพ ซึ่งไม่มีการขยายตัว สองแบบจำลองเอกภพนี้เป็นที่ถกเถียงกันอย่างมากก่อนหน้านั้น

ส่วนการทดลองที่ จอร์จ สมูท รับผิดชอบ ถูกออกแบบขึ้นเพื่อค้นหาการแปรผันของอุณหภูมิของ CMB ในทิศทางต่าง ๆ ความไม่เท่ากันในทิศทางต่าง ๆ ในอุณหภูมิของรังสีพื้นหลังนี้ หรือเรียกว่า แอนไอโซทรอปี (anisotropy) สามารถบ่งบอกถึงที่มาของการกำเนิดกาแล็กซี่และดวงดาว เพราะเหตุใดสสารเหล่านี้จึงอยู่รวมกันเป็นกลุ่มก้อนในตำแหน่งต่าง ๆ ในเอกภพ ทำไมมันไม่กระจายออกให้เท่ากันทั่วไป แอนไอโซทรอปีทำให้เราเห็นการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอของพลังงานในอดีต ซึ่งถึงแม้น้อยนิด (ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิของ CMB ในแต่ละทิศทางกับค่าเฉลี่ยของอุณหภูมิ (2.7 เคลวิน) หารด้วยค่าอุณหภูมิเฉลี่ย มีค่าอยู่ในระดับหนึ่งในแสนเท่านั้น ซึ่งถือว่าน้อยมาก ๆ) แต่เมื่อเวลาผ่านไป กระบวนการอันเป็นผลจากแรงโน้มถ่วง สสารดึงดูดสสารกันเอง จนก่อกำเนิดเป็นโครงสร้างต่าง ๆ ในเอกภพ ถ้าหากขาดความไม่สม่ำเสมอนี้ ไม่ว่าจะเป็นกาแล็กซี่ ดวงดาวต่าง ๆ หรือแม้แต่โลกของเรา ก็จะไม่สามารถเกิดขึ้นได้

นักทฤษฎีเชื่อว่าการกระจายตัวของพลังงานอย่างไม่สม่ำเสมออันน้อยนิดเกิดขึ้นแทบจะทันทีหลังการเกิด บิ๊ก แบง ในช่วงเวลานั้นเอกภพขยายตัวอย่างรวดเร็วอย่างสุด ๆ อันเป็นช่วงที่เรียกว่า อินเฟลชั่น (inflation) และด้วยเหตุการณ์อินเฟลชั่นนี้เองที่ทำให้การกระเพื่อมทางควอนตัม (quantum fluctuation – ในพื้นที่ที่ว่างเปล่าใด ๆ จริง ๆ แล้วไม่ได้ว่างเปล่าอย่างที่เราคิด มันจะมีการกระเพื่อมทางควอนตัมอยู่ด้วยเสมอ ซึ่งอาจมองในอีกแง่หนึ่งว่ามันทำให้เกิดการสร้างและทำลายของสสารและปฏิสสารอย่างรวดเร็วอยู่ในทุกที่และตลอดเวลา) กลายเป็นการกระเพื่อมของพลังงานอย่างถาวรในอวกาศอันว่างเปล่าของเอกภพ ถ้าหากเปรียบการกระเพื่อมทางควอนตัมเป็นเหมือนปลาที่ผุดขึ้นผุดลงจากน้ำอย่างรวดเร็วสุด ๆ (เพราะน้ำร้อนจัดมาก) ตลอดเวลา ในตำแหน่งต่าง ๆ ถ้วนทั่วผืนน้ำ เราก็อาจเปรียบอินเฟลชั่นเป็นกระบวนการเยือกแข็งอย่างฉับพลัน อันทำให้ปลาที่กำลังผุดขึ้นก็แข็งไปตามรูปรอยน้ำ และแล้วทุกอย่างก็เห็นเป็นความสูง-ต่ำที่หยุดนิ่ง เหมือนถูกถ่ายรูปไว้ (แต่ต้องด้วยความไวชัตเตอร์ที่สูงมาก ๆ) อินเฟลชั่นเกิดในช่วงเวลาเพียงสั้น ๆ แต่การไม่สม่ำเสมอของพลังงานเหล่านี้ยังคงอยู่ต่อไป และจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ เมื่อมีสสารหรือพลังงานที่ใดก็จะทำให้เกิดการบิดโค้งของกาลอวกาศ ดังนั้นการกระเพื่อมของพลังงานก็เป็นผลให้เกิดความแปรผันของกาลอวกาศด้วย และนี่ก็เป็นสิ่งที่นักเอกภพวิทยามักเรียกว่าเป็นเมล็ดพันธุ์ของการก่อกำเนิดโครงสร้างของเอกภพ

ถือเป็นความท้าทายอย่างมากต่อทีมงานของ COBE ซึ่งนำโดยสมูท ในการทดลองวัดความแปรผันของอุณหภูมิของ CMB ที่เล็กน้อยมากอย่างที่สุด เนื่องจากเป็นการยากที่จะแยกแยะมันออกจากสัญญาณรบกวน (noise) ที่มีอยู่ในการทดลอง เราจะแน่ใจได้อย่างไรว่าสัญญาณที่แยกแยะออกมาเป็นส่วนแอนไอโซทรอปีในอุณหภูมิของ CMB ที่เราต้องการจริง ๆ และแล้วเมื่อผลงานของพวกเขาถูกตีพิมพ์ ใน ค. ศ. 1992 ปรากฏว่าผลสอดคล้องกับผลของการวัดภาคพื้นดินหลายชิ้น ซึ่งล้วนแต่มีความไม่แน่นอนในการวัดที่สูงกว่าการวัดของ COBE ถึงกระนั้นก็ถือเป็นสัญญาณที่ดี นอกจากนี้ในหลายทิศทางที่มีการทดลองโดยวัดจากพื้นดินและบนบอลลูนก่อนหน้านั้น COBE ก็วัดการแปรผันของอุณหภูมิได้ตรงกัน

ในวันที่ 29 เมษายน ค. ศ. 1992 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ สตีเฟน ฮอว์คิง กล่าวในการให้สัมภาษณ์ใน The Times ว่า ผลของ COBE เป็น “การค้นพบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดแห่งศตวรรษ ถ้าหากไม่ใช่ตลอดกาล”

ในพิธีประกาศรางวัลโนเบล เมื่อวันที่ 3 ตุลาคมที่ผ่านมา ศาสตราจารย์ เพอร์ คาร์ลสัน (Per Carlson) ผู้บรรยายงานของทั้งคู่ ได้กล่าวว่า “การวัดของ COBE ได้นำพาเอกภพวิทยาสมัยใหม่ไปสู่วิทยาศาสตร์ที่มีความแม่นยำ” นี่เป็นคำกล่าวที่คนในวงการกล่าวขานกันเรื่อยมาอยู่แล้ว เอกภพวิทยาเดิมทีเป็นได้แค่ศาสตร์เชิงปรัชญา เพราะไม่มีการทดลองใด ๆ ยืนยันได้แน่นอน

จากการเริ่มต้นโดย COBE ทำให้เกิดการสานต่อในวงการเอกภพวิทยาอย่างมากมาย ที่เป็นรูปธรรมที่สุดก็คงจะเป็นการวัดของดาวเทียม Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) ที่มีผลการวัดแอนไอโซทรอปีที่ละเอียดแม่นยำขึ้น จนกระทั่งทำให้เราทราบถึงวิวัฒนาการของเอกภพได้ดียิ่งขึ้น รู้ว่ารูปร่างเรขาคณิตของเอกภพเป็นแบบยูคลิด (Euclidean) [ยกตัวอย่าง: เรายังสามารถใช้กฎที่ว่า เส้นขนานคู่ใด ๆ จะตัดกันที่ใดที่หนึ่งไม่ได้ บนสเกลระดับเอกภพ] รวมถึงทำให้เราทราบว่าเอกภพประกอบด้วยสสารที่เราสามารถสังเกตได้ (visible matter) 4% สสารมืด (dark matter) 23% และพลังงานมืด (dark energy) [ซึ่งใช้ผลของการวัดอื่น ๆ ประกอบด้วย] 73% เป็นที่น่าสนใจว่าขอบเขตความรู้ทางวิทยาศาสตร์ของเรา ณ ปัจจุบันอยู่ที่สสารที่สังเกตได้เท่านั้น เท่ากับว่าสิ่งที่เรารู้ในปัจจุบันเป็นเพียงส่วนน้อยนิดของเอกภพ ในขณะที่สสารมืดและพลังงานมืดซึ่งเราไม่สามารถวัดหรือสังเกตได้ยังยืนท้าทายนักฟิสิกส์อนุภาคอยู่

ดังนั้นการทดลองของ COBE ซึ่งนำโดยสองผู้ได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ในปีนี้ ได้เปิดหนทางใหม่ ๆ ทั้งในสาขาเอกภพวิทยาและฟิสิกส์อนุภาค

แหล่งข้อมูลและเอกสารอ้างอิง

ข่าวจากเว็บไซต์ Physicsweb
http://www.physicsweb.org/articles/news/10/10/1/1

เอกสารเผยแพร่ของคณะกรรมการโนเบล สามารถดาวน์โหลดได้จากเว็บไซต์ของคณะกรรมการรางวัลโนเบล
http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2006/announcement.html

ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับเอกภพวิทยา และ CMB จากบทความในเว็บไซต์ของโครงการ WMAP
http://map.gsfc.nasa.gov/m_uni.html

ข่าวและบทความที่เกี่ยวข้องในวิชาการดอทคอม

บทความ คอสมิกไมโครเวฟแบ็กกราวน์ โดยคุณ รังสิมา
http://www.vcharkarn.com/include/article/showarticle.php?Aid=150&page=1&PHPSESSID=5a37198c41ade6f284954dd77d69f7fe

บทความ Inflationary Universe (ตอนที่ ๑) โดย ดร. อรรถกฤต
http://www.vcharkarn.com/include/article/showarticle.php?Aid=74&page=4&PHPSESSID=0bba9489b8b8956478b8166d82d84752%3Ehttp%3A%2F%2Fwww.vcharkarn.com%2Finclude%2Fvcafe%2Fshowkratoo.php%3FCid%3D104%3Ehttp%3A%2F%2Fwww.vcharkarn.com%2Finclude%2Fvcafe%2Fshowkratoo.php%3FCid%3D104

กระทู้ บิกแบง ... ตอน Inflationary Universe (มาคุยต่อที่นี่ดีกว่า)
http://www.vcharkarn.com/include/vcafe/showkratoo.php?Cid=102&Pid=9670&PHPSESSID=

บทความ Dark energy โดย ดร. อรรถกฤต
http://www.vcharkarn.com/include/article/showarticle.php?Aid=117

บทความ เอกภพ คู่ขนาน (Parallel Universe) โดย ดร. อรรถกฤต
http://www.vcharkarn.com/include/article/showarticle.php?Aid=313&page=1
บทความ String Theory ภาค 1: ความฝันที่ใกล้จะเป็นจริงของไอน์สไตน์? โดย ดร. อรรถกฤต
http://www.vcharkarn.com/include/article/showarticle.php?Aid=315&page=4&PHPSESSID=

ข่าว แผนที่เอกภพในสมัยเริ่มแรก
http://www.vcharkarn.com/include/vcafe/showkratoo.php?Cid=23&Pid=13435&PHPSESSID=0bba9489b8b8956478b8166d82d84752%3Ehttp%3A%2F%2Fwww.vcharkarn.com%2Finclude%2Fvcafe%2Fshowkratoo.php%3FCid%3D104%3Ehttp%3A%2F%2Fwww.fcla.edu%2FFlaEnt%2Ffe86p134.pdf

ข่าว ภาพแรกของเอกภพยืนยัน Dark energy
http://www.vcharkarn.com/include/vcafe/showkratoo.php?Pid=5852&PHPSESSID=

ข่าว สู่ทิศทางใหม่ในการศึกษาเอกภพ
http://www.vcharkarn.com/include/vcafe/showkratoo.php?Cid=23&Pid=48711&PHPSESSID=0bba9489b8b8956478b8166d82d84752%3Ehttp%3A%2F%2Fwww.vcharkarn.com%2Finclude%2Fvcafe%2Fshowkratoo.php%3FCid%3D104%3Ehttp%3A%2F%2Fwww.vcharkarn.com%2Finclude%2Fvcafe%2Fshowkratoo.php%3FCid%3D104

ข่าว นักดาราศาสตร์พบ Dark Galaxy อาจช่วยแก้ปัญหาสสารมืด Dark matter
http://www.vcharkarn.com/include/vcafe/showkratoo.php?Pid=27972

ข่าว กล้องโทรทัศน์อวกาศฮับเบิลเปิดเผยรายละเอียดของ dark matter
http://www.vcharkarn.com/include/vcafe/showkratoo.php?Pid=42789

ข่าว สสารมืดอาจถูกตรวจวัดได้เป็นครั้งแรก แต่เป็น SuperWIMPS ไม่ใช่ WIMPS
http://www.vcharkarn.com/include/vcafe/showkratoo.php?Cid=26&Pid=50643&PHPSESSID=

ข่าว เรื่องของซุปเปอร์เค นิวตริโน และ Dark Matter
http://www.vcharkarn.com/include/vcafe/showkratoo.php?Cid=26&Pid=5815&ooc=2

ข่าว การค้นพบ ซุปเปอร์โนวา ที่ยืนยันว่าในช่วงแรกเอกภพขยายตัวด้วยอัตราหน่วง
http://www.vcharkarn.com/include/vcafe/showkratoo.php?Cid=23&Pid=16236&PHPSESSID=

ข่าว ข่าวของ Dark Matter และ ดาวแคระขาวชนิดใหม่
http://www.vcharkarn.com/include/vcafe/showkratoo.php?Cid=23&Pid=5729&PHPSESSID=

ข่าว นักวิทยาศาสตร์ พิสูจน์ อนุภาค Tau Neutrino มีอยู่จริง
http://www.vcharkarn.com/include/vcafe/showkratoo.php?Cid=26&Pid=5634&PHPSESSID=

เอกพงษ์

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 82 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 155 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

จำนวน 4 ความเห็น, หน้า่ | -1-

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 1 6 ต.ค. 2549 (17:09)
ในที่สุดสาขาเอกภพวิทยาและฟิสิกส์อนุภาค ก็ได้รางวัลโนเบลเพิ่มขึ้นอีกหนึ่ง

ลุ้น นึกว่าพวก Alan H. Guth, Andrei Linde กับ Paul J. Steinhardt จะได้รางวัลก่อน...

อู๋หมิง

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 12 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 153 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 2 7 ต.ค. 2549 (01:00)
ขอบคุณครับ

HyBRiD

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 127 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 3 7 ต.ค. 2549 (09:04)
เค้าเก่งกันจังเยยจะครับ

s4823

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 13 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 150 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 4 8 ส.ค. 2550 (12:59)
ผมขอเป็นสมาชิกด้วย

นาย จักรกฤษณ์ สารพล (IP:125.27.78.119)

ความเห็นเพิ่มเติม วิชาการ.คอม

ชื่อ / email:
ข้อความ

รูปภาพ หรือ ไฟล์

กรุณาล๊อกอินก่อน เพื่อโพสต์รูปภาพ และ ใช้ LaTex ค่ะ สมัครสมาชิกฟรีตลอดชีพที่นี่

ตัวช่วย 1: CafeCode วิธีการใช้
ตัวช่วย 2: VSmilies

วิธีการใช้
ตัวช่วย 3: พจนานุกรมไทย ออนไลน์ ฉบับราชบัณฑิต
ตัวช่วย 4 : dictionary ไทย<=>อังกฤษ ออนไลน์ จาก NECTEC
ตัวช่วย 5 : ดาวน์โหลด โปรแกรมช่วยพิมพ์ Latex เพื่อแสดงสมการบนวิชาการ.คอม