1. การค้นพบอนุภาคมูลฐาน Higgs boson
ปี 2012 อนุภาคใหม่ถูกค้นพบที่องค์การวิจัยนิวเคลียร์ยุโรปหรือ CERN ซึ่งได้สร้างความตื่นเต้นแก่ผู้สนใจจากทั่วโลก แม้กระทั่งคนที่ตามปกติก็ไม่ได้ติดตามข่าวเกี่ยวกับฟิสิกส์อนุภาค เป็นเพราะว่านี่ไม่ใช่การค้นพบอนุภาคธรรมดาทั่วไป แต่มันคืออนุภาคที่นักฟิสิกส์ตามหากันมานานแสนนานเกือบ 5 ทศวรรษ ได้ชื่อว่าเป็น “อนุภาคพระเจ้า หรือ God particle” อนุภาคใหม่ที่ว่านี้ก็คือ Higgs boson
ในแบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) ของฟิสิกส์อนุภาคซึ่งเป็นทฤษฎีที่รวบรวมความเข้าใจในปัจจุบันเกี่ยวกับอนุภาคมูลฐาน (Elementary particle) และแรงพื้นฐานในธรรมชาติ 3 ชนิดคือแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม, แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน และแรงแม่เหล็กไฟฟ้า (ยกเว้นแรงโน้มถ่วง) ปัจจุบันอนุภาคมูลฐานไม่ได้มีเพียงแค่ 3 ตัวคือโปรตอน, นิวตรอน และอิเล็กตรอนอย่างที่เข้าใจกันในยุคก่อน ในแบบจำลองมาตรฐานมีอนุภาคมูลฐานจำนวนมากตามรูปข้างล่าง แบ่งเป็น 2 กลุ่มคือ fermion (สามคอลัมน์ทางซ้าย) และ gauge boson (คอลัมน์ที่สี่)
ปี 1964 มีการเสนอแนวคิดในการอธิบายกลไกการสร้างของ “มวล” ของ gauge boson โดย Peter Higgs และนักวิทยาศาสตร์อื่นอีก 2 กลุ่มต่อมาเรียกกลไกนี้ว่า Higgs mechanism และทำนายการมีอยู่ของอนุภาค Higgs boson เมื่อเทคโนโลยีมีความก้าวหน้ามากขึ้นจึงมีการค้นพบอนุภาคมูลฐานในแบบจำลองมาตรฐานจนเกือบครบทุกตัวเหลือแต่เพียงเจ้า Higgs boson เท่านั้นที่ยังไม่พบยาวนานเกือบ 50 ปี การค้นพบอนุภาค Higgs boson เป็นการยืนยันกลไก Higgs mechanism และเป็นจิ๊กซอว์ชิ้นสุดท้ายที่ทำให้แบบจำลองมาตรฐานมีความสมบูรณ์ จึงเป็นหนึ่งในความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดของทศวรรษ และในปี 2013 Peter Higgs และ François Englert ก็ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากผลงานทฤษฎี Higgs mechanism
2. การแก้ไขยีนด้วยเทคนิค CRISPR
ความสามารถในการแก้ไขยีนหรือหน่วยพันธุกรรมของมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆได้ปรากฏอยู่ในนิยายวิทยาศาสตร์มาเนิ่นนานหลายทศวรรษ และในทศวรรษนี้มันกลายเป็นความจริงแล้ว ระบบการแก้ไขยีน CRISPR พร้อมที่จะปฏิวัติการแพทย์ซึ่งอาจช่วยให้เราต่อสู้กับโรคร้าย เช่น มะเร็งและเอชไอวี รวมถึงแก้ไขปัญหาที่ไม่เกี่ยวกับสุขภาพ แต่ก็ใช่ว่าจะปราศจากข้อโต้แย้งใดๆ
CRISPR เป็นกลุ่มลำดับดีเอ็นเอที่ใช้กันตามธรรมชาติเพื่อเป็นกลไกป้องกันตนเองของแบคทีเรีย ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์พบว่าสามารถใช้กลไกนี้เป็นเครื่องมือสำหรับพันธุวิศวกรรมโดยการรวม CRISPR เข้ากับลำดับ RNA และเอนไซม์ Cas9 โดย RNA จะเป็นตัวจัดการนำไปยังส่วนที่ต้องการของ DNA และเอนไซม์ Cas9 จะตัดต่อมันอย่างประณีต โดยที่สามารถใช้ในการตัดเอายีนที่มีปัญหาออกมา เช่น สิ่งที่ทำให้เกิดโรค และสามารถใส่ยีนใหม่ที่ต้องการเพิ่มเข้าไปได้
เทคนิคนี้ได้แสดงให้เห็นถึงความหวังในการต่อสู้กับหลายโรค รวมถึงโรคที่รักษายาก เช่น มะเร็ง, เอชไอวี, โรคกล้ามเนื้อเสื่อม, โรคชราในเด็ก ฯลฯ แต่ศักยภาพของ CRISPR ยังครอบคลุมถึงเรื่องอื่นๆนอกจากตัวเราเองด้วย มันสามารถใช้แก้ไขพืชเพื่อให้มีผลผลิตหรือสารอาหารที่ดีขึ้น แก้ไขแมลงเพื่อหยุดการแพร่กระจายของโรค หรือแก้ไขสุกรเพื่อช่วยให้อวัยวะของมนุษย์เติบโตเพื่อการปลูกถ่าย อย่างไรก็ตามยังมีประเด็นด้านจริยธรรมที่ต้องพิจารณากันอีกมาก และงานวิจัยยังชี้ว่า CRISPR เพิ่มโอกาสที่เซลล์มะเร็งอาจเกิดการกลายพันธุ์โดยไม่ได้ตั้งใจ
เดือนพฤศจิกายน ปี 2018 นักวิทยาศาสตร์จีนประกาศการกำเนิดของเด็กหญิงฝาแฝดที่ได้รับการแก้ไข CRISPR เป็นครั้งแรกของโลก ศาสตราจารย์ Jiankui He และทีมงานได้ทำ CRISPR ที่ตัวอ่อนเพื่อลบยีนที่เรียกว่า CCR5 ซึ่งจะทำให้เด็กหญิงพัฒนาภูมิต้านทานต่อเชื้อเอชไอวี แต่การทดลองดังกล่าวกระทำกันเป็นความลับหลีกเลี่ยงการพิจารณาถกเถียงเรื่องจริยธรรม นักวิทยาศาสตร์บางคนให้ความเห็นว่าเรายังไม่เข้าใจการทำงานของ CCR5 ดีพอและการลบมันอาจทำให้เด็กหญิงอ่อนแอต่อการเจ็บป่วยทั่วไปเช่นไข้หวัดใหญ่ได้ หลังการดำเนินการโดยประมาทครั้งนี้จึงมีการเรียกร้องให้หยุดทำ CRISPR ในมนุษย์จนกว่าคำถามเชิงจริยธรรมจะถูกทำให้กระจ่างชัด
อย่างไรก็ตามการทดลอง CRISPR ในมนุษย์ยังคงดำเนินต่อไปเพียงแต่ไม่ใช่ในตัวอ่อน มันเริ่มต้นในประเทศจีนในปี 2016 เพื่อต่อสู้กับโรคมะเร็งปอด ต่อด้วยในสหรัฐอเมริกาในปี 2019 โดยมีเป้าหมายที่โรคมะเร็ง 3 ชนิดและโรคเกี่ยวกับเซลล์อื่น ซึ่งมีผลการทดลองเบื้องต้นที่น่าพอใจ มันอาจจะมีจุดเริ่มต้นที่ค่อนข้างยากแต่ CRISPR มีแนวโน้มที่จะเป็นหนึ่งในนวัตกรรมที่สำคัญที่สุดในการแพทย์ รวมทั้งการใช้งานด้านอื่นที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต
3. การตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วง
ปี 2015 นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจพบคลื่นลึกลับและเข้าใจยากในมิติของกาลอวกาศที่ได้มาถึงโลกหลังจากเดินทางมาไกลกว่า 1 พันล้านปีแสง คลื่นลึกลับนี้คือคลื่นความโน้มถ่วง (Gravitational waves) ที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้ทำนายไว้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเมื่อปี 1916 การตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรกนี้อาจเป็นความก้าวหน้าครั้งยิ่งใหญ่ที่สุดในวิชาฟิสิกส์ในรอบร้อยปี
แม้ว่าคลื่นความโน้มถ่วงถูกสร้างขึ้นจากเหตุการณ์ที่มีพลังงานสูงมาก เช่น การชนกันของหลุมดำ แต่เหตุการณ์นั้นอยู่ไกลจากโลกมากดังนั้นกว่ามันจะเดินทางถึงโลกจึงต้องใช้เวลานานนับพันล้านปี เมื่อมาถึงโลกมันจึงแผ่วเบามากจนนักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถตรวจพบมานานเกือบ 100 ปี จนกระทั่งมีเทคโนโลยีใหม่ที่เรียกว่า Laser Interferometer Gravityational-Wave Observatory (LIGO) ซึ่งตั้งอยู่ในอาคารขนาดใหญ่สองแห่งในรัฐหลุยเซียนาและวอชิงตัน เครื่องตรวจจับฝาแฝดแต่ละเครื่องประกอบด้วยอุโมงค์ยาว 4 กิโลเมตร 2 ตัวในรูปตัว L เครื่องมือที่มีความแม่นยำสูงอย่างยิ่งจะคอยเฝ้าสังเกตลำแสงเลเซอร์ในอุโมงค์ คอยตรวจจับการรบกวนในลำแสงขนาดจิ๋วซึ่งอาจเกิดจากคลื่นความโน้มถ่วงที่พัดผ่านอาคาร
ในวันที่ 14 กันยายน 2015 เครื่องตรวจจับ LIGO ทั้งสองจับสัญญาณแรกได้ คลื่นความโน้มถ่วงถูกสร้างขึ้นในการชนกันระหว่างหลุมดำสองแห่งที่อยู่ห่างออกไปประมาณ 1.3 พันล้านปีแสง จากนั้นก็มีสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงอีกนับสิบที่ LIGO สามารถตรวจจับได้ รวมถึงที่สถานีตรวจจับ Virgo ในอิตาลีซึ่งตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงได้ในปี 2017 คลื่นความโน้มถ่วงที่ตรวจจับได้ส่วนใหญ่เป็นผลมาจากการรวมตัวกันของสองหลุมดำ แต่ยังมีที่เกิดจากเหตุการณ์อื่น เช่น หลุมดำกลืนดาวนิวตรอนและดาวนิวตรอนสองดวงปะทะกัน
ปี 2017 Rainer Weiss, Kip Thorne และ Barry Barish ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์สำหรับผลงานการพัฒนาเครื่องตรวจจับ LIGO และการสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วง การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงยังคงเดินหน้าต่อไป เครื่องตรวจจับ LIGO ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นในปี 2019 พร้อมกับแผนงานที่จะทำให้มันมีความละเอียดอ่อนยิ่งขึ้นในอนาคต เครื่องตรวจจับ KAGRA ในญี่ปุ่นก็มีกำหนดจะเข้าร่วมการล่าคลื่นความโน้มถ่วงภายในปีนี้ ทั้งหมดจะได้ร่วมกันตรวจจับและเปิดเผยเรื่องที่ลึกลับยิ่งกว่าของจักรวาลต่อไป
4. การค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ
ตลอดเส้นทางในประวัติศาสตร์ของมนุษย์เราได้เรียนรู้และเปิดมุมมองเกี่ยวกับจักรวาลให้ขยายกว้างขึ้นมาโดยตลอด เราตระหนักว่าโลกไม่ได้เป็นศูนย์กลางของทุกสิ่ง แต่เป็นเพียงดาวเคราะห์หนึ่งในแปดดวงที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ แม้แต่ระบบสุริยะของเราก็ไม่ได้พิเศษแต่อย่างใด เป็นแค่เพียงระบบหนึ่งในจำนวนนับไม่ถ้วนที่มีอยู่ในจักรวาล และในทศวรรษที่ผ่านมาเราก็ได้ค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ
เป็นครั้งแรก
ดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์อื่นที่ไม่ใช่ดวงอาทิตย์ถูกค้นพบครั้งแรกๆตั้งแต่ในปี 1990 แต่มันไม่ได้ถูกตรวจจับได้จริงๆจนกระทั่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Kepler Space Telescope ถูกส่งขึ้นไปประจำการบนอวกาศในปี 2009 มันถูกออกแบบให้สามารถสังเกตการณ์ดาวฤกษ์ 150,000 ดวงในเวลาเดียวกัน คอยตรวจสอบการหรี่ลงของแสงของดาวฤกษ์ ถ้าหากพบว่ามีการหรี่ของแสงเป็นรูปแบบปกติแสดงว่ามีดาวเคราะห์ดวงหนึ่งเคลื่อนผ่านระหว่างดวงฤกษ์และโลก
ด้วยเทคนิคดังกล่าวกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Kepler ค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบกว่า 2,600 ดวงในช่วงระยะเวลา 9 ปี และด้วยความช่วยเหลือของโครงการอื่นๆ เช่น HARPS, WASP และ TESS ตัวเลขการค้นพบได้เพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 4,100 ดวง เราได้ข้อสรุปมากมายเกี่ยวกับดาวเคราะห์นอกระบบเหล่านั้นโดยการศึกษาชั้นบรรยากาศ, องค์ประกอบ, มวล, ชนิดของดวงฤกษ์ที่พวกมันโคจร และระยะห่างจากดาวแม่
เราได้เรียนรู้เรื่องราวเหลือเชื่อของดาวเคราะห์เหล่านั้นที่คล้ายกับเรื่องในนิยายวิทยาศาสตร์ มีทั้งดาวเคราะห์ที่มีน้ำ ดาวเคราะห์สีดำ และดาวเคราะห์บางดวงร้อนกว่าดาวฤกษ์ มีดาวเคราะห์ที่เป็นเพชรทั้งดวง อีกดวงมีเมฆที่ทำจากทับทิมและไพลิน และยังมีดาวเคราะห์ที่มีฝนตกเป็นหินและแก้ว แต่ที่น่าสนใจที่สุดเป็นพวกดาวเคราะห์ที่คล้ายกับโลกเพราะมันจะเป็นคำตอบของคำถามที่ว่าพวกเราอยู่ตามลำพังในเอกภพหรือเปล่า?
เหตุการณ์สำคัญเกิดขึ้นในปี 2017 มีการค้นพบดาวเคราะห์หิน 7 ดวงที่มีขนาดประมาณโลกโคจรรอบดาวแคระเย็น TRAPPIST-1 และมีอยู่ 3 วงโคจรที่อยู่ในเขตที่สิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ได้ จากการศึกษาต่อมาพบว่ามันมีน้ำอยู่จำนวนมากทำให้มันเป็นหนึ่งในดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่อาจมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่มากที่สุด ทั้งหมดที่ผ่านมาเป็นแค่เพียงการเริ่มต้นเท่านั้น ยังมีอีกหลายโครงการที่จะถูกส่งขึ้นไปในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าเพื่อค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบดวงใหม่หรือศึกษาในรายละเอียดของพวกที่ค้นพบแล้ว และเราคงจะไม่แปลกใจถ้าหากว่าทศวรรษหน้าเราจะมีการตรวจพบสิ่งมีชีวิตนอกโลก
5. สภาพภูมิอากาศโลกเข้าสู่ภาวะวิกฤติ
มันอาจไม่ใช่ความสำเร็จแต่มันเป็นเรื่องจริงที่ว่าทศวรรษที่ผ่านมาเราได้ทำลายสถิติสภาพภูมิอากาศมากกว่าช่วงอื่นๆในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเริ่มปรากฏให้เห็นชัดเจนมากขึ้น ปัญหาดังกล่าวจึงอยู่ในความสนใจของสาธารณะในระดับแถวหน้า มีงานวิจัยใหม่ที่เผยให้เห็นสถานะการณ์ที่แท้จริงพร้อมกับแผนดำเนินการแก้ไขปัญหา
มีหลักฐานมากมายที่แสดงให้เห็นถึงระดับคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มสูงขึ้นอย่างมากหลังการปฏิวัติอุตสาหกรรมเมื่อราวปี 1750 ผลโดยตรงของมันคืออุณหภูมิพื้นผิวทั่วโลกได้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 จากข้อมูลของ NASA และ NOAA ระบุว่าปี 2016 เป็นปีที่ร้อนที่สุดนับตั้งแต่เริ่มมีการบันทึกเมื่อปี 1880 และปีที่ร้อนที่สุด 5 อันดับแรกคือ 5 ปีหลังสุดนี่เอง และเดือนกรกฎาคม 2019 ถือสถิติรายเดือนที่ร้อนที่สุด
ภาวะโลกร้อนกำลังส่งผลหลายอย่างต่อโลกของเรา จากรายงานสถานะสภาพภูมิอากาศปี 2018 แสดงให้เห็นว่าเหตุการณ์สภาพอากาศสุดขั้ว เช่น พายุเฮอริเคน น้ำท่วม ภัยแล้ง และไฟป่ากำลังทวีความรุนแรงและกำลังกลายเป็นเรื่องธรรมดาไปแล้ว ธารน้ำแข็งและน้ำแข็งขั้วโลกกำลังหดตัว ระดับน้ำทะเลก็สูงขึ้น
ในปี 2015 ระดับคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศสูงเกิน 400 ppm เป็นครั้งแรกรอบ 3 ล้านปี นี่ยังหมายถึงว่ามหาสมุทรดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากขึ้นทำให้มีความเป็นกรดมากขึ้น น้ำที่อุ่นขึ้นและน้ำที่เป็นกรดมากขึ้นทำให้ Great Barrier Reef ของออสเตรเลียได้รับผลกระทบจากเหตุการณ์การฟอกสีอย่างต่อเนื่องในปี 2016 และ 2017 จนยากที่จะฟื้นตัวกลับคืนมาได้ทั้งหมด
แต่ความหวังก็ยังมี ในปี 2015 เกือบ 200 ประเทศได้ลงนามในข้อตกลงปารีสเพื่อลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเพื่อรักษาอุณหภูมิโลกไม่ให้เพิ่มขึ้นเกิน 2 °C เหนือระดับก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรม เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้จะต้องมีการเปลี่ยนแปลงที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนในทุกด้านของสังคม เหตุการณ์ประท้วงเรื่องสภาพภูมิอากาศในปี 2019 แสดงให้เห็นว่าสังคมเริ่มเอาจริงกับเรื่องนี้แล้ว
ข้อมูลและภาพจาก newatlas