ทฤษฏีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ได้รับการพิสูจน์ว่าถูกต้องอีกครั้งที่ระดับกาแล็กซี่

ทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์เป็นทฤษฎีทางฟิสิกส์ที่โด่งดังที่สุดในประวัติศาสตร์ มันยังเป็นทฤษฎีที่เข้าใจยากที่สุดและพิสูจน์ความถูกต้องได้ยากที่สุด เมื่อ 99 ปีที่แล้วมีผู้พิสูจน์โดยใช้แรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ได้ข้อสรุปว่าความคิดในเรื่องนี้ของไอน์สไตน์ถูกต้อง ทำให้เขากลายเป็นนักฟิสิกส์ที่มีชื่อเสียงมากที่สุดในโลก บัดนี้มันได้รับการพิสูจน์อีกครั้งหนึ่งว่าถูกต้อง แต่คราวนี้เป็นการทดสอบที่ระดับกาแล็กซี่

ไอน์สไตน์เสนอทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปเมื่อปี 1910 โดยมีแนวคิดว่าจักรวาลหรือเอกภพประกอบขึ้นด้วยมวลและพลังงานซึ่งเป็นตัวกำหนดมิติของกาลอวกาศ (Spacetime) แรงดึงดูดระหว่างมวลเป็นผลจากการโค้งงอของกาลอวกาศที่เกิดจากมวลและพลังงาน ลักษณะคล้ายกับผ้าใบที่โค้งงอบุ๋มลงเมื่อวางลูกโบลิ่ง โดยมีรูปร่างลักษณะเป็นไปตามสมการคณิตศาสตร์อันซับซ้อนที่เขาคิดค้นขึ้น ผลของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำให้พบปรากฏการณ์ใหม่อีกหลายอย่าง เช่น แสงเดินทางเป็นเส้นโค้งเมื่อผ่านความโค้งของกาลอวกาศ เวลาช้าลงจากความโน้มถ่วง คลื่นความโน้มถ่วง หลุมดำ ฯลฯ

galaxy-general-relativity-test-2

ในช่วงแรกไม่มีใครเชื่อและเห็นว่าไม่มีประโยชน์เพราะไม่มีการทดลองใดๆมาสนับสนุนคำทำนายของทฤษฎี จนกระทั่งปี 1919 Arthur Eddington ได้พิสูจน์ด้วยการวัดแสงดาวที่ถูกดวงอาทิตย์บดบังขณะเกิดสุริยุปราคาแล้วพบว่าแสงดาวเดินทางเป็นเส้นโค้งที่สอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป หลังจากนั้นมีการทดลองพิสูจน์กันอีกหลายครั้งผลที่ออกมาล้วนสนับสนุนทฤษฎีของไอน์สไตน์ แต่ทั้งหมดเป็นการทดสอบโดยใช้วัตถุที่ใหญ่ขนาดไม่เกินดาวฤกษ์ การทดสอบครั้งล่าสุดทีมงานได้ใช้วัตถุขนาดใหญ่มากๆคือกาแล็กซี่

“ทฤษฎีสัมพัทธภาพทำนายว่าวัตถุขนาดใหญ่ทำให้กาลอวกาศโค้งงอได้” Thomas Collett นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยพอร์ตสมัทกล่าว “นี่หมายถึงว่าเมื่อแสงวิ่งผ่านใกล้กาแล็กซี่หนึ่ง เส้นทางของแสงจะเบี่ยงเบนไป”

ทีมงานใช้กาแล็กซี่ ESO 325-G004 ที่อยู่ห่างออกไปราว 450 ล้านปีแสงในกระจุกดาว Centaurus สำหรับการทดสอบครั้งนี้ ซึ่งกาแล็กซี่นี้ปรากฏอยู่เกือบตรงในแนวสายตาของเราที่มองไปยังกาแล็กซี่ด้านหลังที่ห่างออกไปหลายพันล้านปีแสง ด้วยตำแหน่งแบบนี้ทำให้แสงที่มาจากกาแล็กซี่ด้านหลังจะเดินทางเป็นเส้นโค้งไปตามกาลอวกาศที่ถูกโค้งงอด้วยแรงโน้มถ่วงของกาแล็กซี่ ESO 325-G004 เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “วงแหวนไอน์สไตน์” (Einstein ring) ดังรูปด้านล่าง ลูกศรสีส้มแสดงถึงตำแหน่งปรากฏของแหล่งกำเนิดในสายตาของผู้สังเกต เส้นสีขาวแสดงทิศทางการเดินทางของแสงจากแหล่งกำเนิดมายังผู้สังเกต

galaxy-general-relativity-test-3

“ขนาดรัศมีของวงแหวนจะขึ้นอยู่กับว่ากาลอวกาศถูกโค้งงอโดยกาแล็กซี่ด้านหน้ามากเท่าไร” Collett กล่าว “นี่เป็นลักษณะเดียวกับที่ Eddington ได้ทำเมื่อปี 1919 ความแตกต่างคือแทนที่วัตถุจะเป็นเพียงดาวฤกษ์ดวงเดียวและวัดค่าส่วนโค้งเพียงไม่กี่พันไมล์จากดาวฤกษ์ แต่เราทำมันโดยใช้ทั้งกาแล็กซี่ และวัดค่าส่วนโค้งที่ห่างออกไปถึง 6,000 ปีแสง”

ทีมงานรวมข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์ VLT (Very Large Telescope) ที่หอดูดาวท้องฟ้าซีกใต้แห่งยุโรปในประเทศชิลี และกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope) ขององค์การนาซาเพื่อตรวจสอบว่าแสงถูกทำให้โค้งงอไปมากเท่าไร ผลปรากฏว่ามันเป็นไปตามทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ด้วยค่าความคลาดเคลื่อนราว 9% ซึ่งอยู่ในความคาดหมายของพวกเขา

galaxy-general-relativity-test-4

“นี่คือการทดสอบทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปนอกระบบสุริยะที่แม่นยำมากที่สุดเท่าที่เคยมีมา” Collett กล่าว

นอกจากนี้ Collett ยังได้ตั้งข้อสังเกตว่าการศึกษาครั้งนี้ไม่ใช่แค่การยืนยันทฤษฎีของไอน์สไตน์ครั้งสำคัญเท่านั้น แต่มันยังเป็นการตรวจสอบว่าความเข้าใจเรื่องการมีอยู่ของสสารมืดและพลังงานมืดนั้นถูกต้องหรือไม่

 

ข้อมูลและภาพจาก   cosmosmagazine, forbes



Leave a Reply

Your email address will not be published.