สัมพัทธภาพทั่วไปยังคงไม่เปลี่ยน
ไดอะแกรมแสดงการเปลี่ยนแปลงอัตราการขยายตัวของเอกภพนับตั้งแต่บิ๊กแบง ยิ่งกราฟมีความชันน้อยลง อัตราการขยายตัวก็เร็วขึ้น กราฟมีการเปลี่ยนแปลงความชันอย่างเห็นได้ชัดเมื่อราว 5 พันล้านปีก่อน เมื่อวัตถุเคลื่อนที่หนีออกห่างกันด้วยความเร็วสูงขึ้น นักดาราศาสตร์ตั้งทฤษฎีว่า อัตราการขยายตัวที่สูงขึ้น(มีความเร่ง) เกิดขึ้นจากแรงปริศนาที่กำลังผลักกาแลคซีให้ออกห่างจากกัน หรือพลังงานมืด(Dark Energy)
เป็นเวลาร้อยกว่าปีแล้วที่นักดาราศาสตร์ทราบว่าเอกภพกำลังขยายตัวนับตั้งแต่เกิดบิ๊กแบงเป็นต้นมา ในช่วง 8 พันล้านปีแรก อัตราการขยายตัวยังค่อนข้างคงที่เมื่อมันถูกดึงรั้งไว้โดยแรงโน้มถ่วง อย่างไรก็ตาม ต้องขอบคุณปฏิบัติการอย่าง
กล้องฮับเบิล นักดาราศาสตร์จึงได้เรียนรู้ว่าเมื่อราว 5 พันล้านปีก่อน อัตราการขยายตัวก็เพิ่มขึ้น(เร่งขึ้น)
นี่นำไปสู่ทฤษฎีที่เป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางว่า มีแรงปริศนาแรงหนึ่งที่อยู่เบื้องหลังการขยายตัวนี้(ซึ่งเรียกว่า พลังงานมืด; dark energy)
ในขณะที่บางทฤษฎีก็บอกว่าจริงๆ แล้วแรงโน้มถ่วงอาจมีการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป นี่เป็นสมมุติฐานที่สร้างการโต้เถียงเนื่องจากหมายความว่า ทฤษฎี
สัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์นั้นมีข้อผิดพลาด
แต่การศึกษาใหม่โดยทีมความร่วมมือนานาชาติ การสำรวจพลังงานมืด(Dark Energy Survey; DES) ได้บอกว่าธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงคงเหมือนเดิมตลอดความเป็นมาของเอกภพ
การค้นพบนี้เกิดขึ้นไม่นานก่อนที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นต่อไป(กล้องโรมัน และปฏิบัติการยูคลิด) จะถูกส่งออกสู่อวกาศเพื่อทำการตรวจสอบแรงโน้มถ่วงและบทบาทในวิวัฒนาการเอกภพด้วยความแม่นยำที่สูงขึ้นไปอีก
กลุ่มความร่วมมือ DES ประกอบด้วยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยและสถาบันในสหรัฐฯ, สหราชอาณาจักร, คานาดา, ชิลี, สเปน, บราซิล, เจอรมนี, ญี่ปุ่น, อิตาลี, ออสเตรเลีย, นอร์เวย์และสวิตเซอร์แลนด์
การค้นพบในปีที่สามของกลุ่มเผยแพร่ในการประชุมนานาชาติว่าด้วยฟิสิกส์อนุภาคและเอกภพวิทยา(COSMO’22) ซึ่งจัดที่กรุงริโอเดจาไนโร ตั้งแต่วันที่ 22 ถึง 26 สิงหาคม และยังเผยแพร่เป็นรายงานที่มีชื่อว่า Dark Energy Survey Year 3 Results: Constraints on extensions to Lambda CDM with weak lensing and galaxy clustering ซึ่งเผยแพร่ในวารสาร Physical Review D ของสมาคมฟิสิกส์อเมริกัน
แรงโน้มถ่วงเป็นผลที่เกิดจากมวลวัตถุที่มีต่อความโค้งของกาลอวกาศโดยรอบ
ทฏษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ซึ่งคิดค้นสำเร็จในปี 1915 ได้อธิบายว่าความโค้ง(curvature) ของกาลอวกาศ เป็นผลจากการมีอยู่ของแรงโน้มถ่วง
อย่างไร เป็นเวลากว่าศตวรรษที่ทฤษฎีนี้ได้ทำนายเกือบทุกสิ่งในเอกภพอย่างแม่นยำ ตั้งแต่ วงโคจรของดาวพุธและปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง
(gravitational lensing) สู่การมีอยู่ของหลุมดำ
แต่ระหว่างทศวรรษ 1960 ถึง 1990 พบความแตกต่างสองอย่างที่ชักนำให้นักดาราศาสตร์สงสัยว่าสัมพัทธภาพทั่วไปถูกต้องหรือไม่
อย่างแรกเมื่อนักดาราศาสตร์บอกว่าผลแรงโน้มถ่วงจากโครงสร้างขนาดใหญ่เช่น กาแลคซีและกระจุกกาแลคซี นั้นไม่ได้สอดคล้องกับมวลที่สำรวจพบ นี่เปิดทางให้เกิดทฤษฎีที่บอกว่าอวกาศเต็มไปด้วยมวลที่มองไม่เห็น แต่มีปฏิสัมพันธ์กับสสารปกติ(หรือสสารที่มองเห็นได้) ผ่านแรงโน้มถ่วง ในขณะเดียวกัน การขยายตัวของเอกภพที่สำรวจพบได้เปิดทางสู่ทฤษฎีพลังงานมืดและแบบจำลองเอกภพวิทยา Lambda CDM(Lambda cold dark matter)
สสารมืดเย็น เป็นการแปลผลเมื่อมวลนี้ประกอบด้วยอนุภาคขนาดใหญ่ที่เคลื่อนที่ช้า ในขณะที่ แลมป์ดาเป็นตัวแทนของพลังงานมืด ในทฤษฎี แรงทั้งสองเป็นองค์ประกอบ 95% ขององค์ประกอบมวล-พลังงานทั้งหมดในเอกภพ แต่ความพยายามเพื่อค้นหาหลักฐานของพวกมันโดยตรง ต้องล้มเหลว
คำอธิบายทางเลือกอีกข้อก็คือ ต้องมีการปรับปรุงสัมพัทธภาพเพื่อรับมือกับความแตกต่างนี้ เพื่อค้นหาว่าเป็นจากสาเหตุนี้หรือไม่
ปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง
สมาชิกของ DES ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์บลังโกขนาด 4 เมตรที่หอสังเกตการณ์เซร์โร โทโลโล อินเตอร์-อเมริกันในชิลี เพื่อสำรวจกาแลคซีจนถึงที่ระยะทาง 5 พันล้านปีแสง
พวกเขาหวังว่าจะพบว่าแรงโน้มถ่วงมีความแปรผันในช่วง 5 พันล้านปีหลังนี้(เมื่อเริ่มมีความเร่งเกิดขึ้น) หรือตลอดความเป็นมาของเอกภพ พวกเขายังใช้ข้อมูลจากกล้องอื่นๆ ซึ่งรวมถึงดาวเทียมพลังค์(Planck) ขององค์กรอวกาศยุโรป ซึ่งทำแผนที่การแผ่รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพ(cosmic microwave background; CMB) ตั้งแต่ปี 2009
พวกเขาให้ความสนใจเป็นพิเศษว่าภาพที่ได้พบจะมีการรบกวนเล็กๆ น้อยๆ อันเกิดจากสสารมืดหรือไม่ จากปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง เมื่อกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ได้เผยแพร่ภาพชุดแรกออกมา นักวิทยาศาสตร์ก็ทราบความแรงของแรงโน้มถ่วงโดยการวิเคราะห์ว่าเลนส์ความโน้มถ่วงรบกวนกาลอวกาศ ได้กว้างแค่ไหน
โดยรวมแล้ว กลุ่มความร่วมมือ DES ได้ตรวจสอบรูปร่างของกาแลคซีมากกว่าหนึ่งร้อยล้านแห่ง และการสำรวจทั้งหมดก็สอดคล้องกับการทำนายจากสัมพัทธภาพทั่วไป ข่าวดีก็คือทฤษฎีของไอน์สไตน์ยังคงใช้การได้ แต่ก็ยังหมายความว่ายังคงมีปริศนาพลังงานมืดอยู่ในตอนนี้
โชคดีที่นักดาราศาสตร์จะไม่ต้องรอข้อมูลใหม่และมีรายละเอียดมากขึ้น นานนัก ประการแรก ปฏิบัติการยูคลิด(Euclid) ของอีซา ซึ่งมีกำหนดส่งในปี 2023 ปฏิบัติการจะทำแผนที่เรขาคณิตของเอกภพ โดยมองย้อนเวลากลับไป 8 พันล้านปีเพื่อตรวจสอบผลจากสสารมืดและพลังงานมืด
และในเดือนพฤษภาคม 2027 จะมีกล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมัน(Nancy Grace Roman Space Telescope) ซึ่งจะมองย้อนเวลากลับไปที่เกิน 11 พันล้านปี ทั้งสองจะเป็นการสำรวจทางเอกภพวิทยาผ่านเลนส์ความโน้มถ่วงแบบอ่อน ที่ลงรายละเอียดมากที่สุดเท่าที่เคยทำและคาดหวังว่าจะให้หลักฐานที่ชัดเจนที่สุดเพื่อสนับสนุน(หรือคัดค้าน) แบบจำลอง Lambda CDM
ตามที่ Agnes Ferte ผู้เขียนร่วมการศึกษา ซึ่งทำงานวิจัยนี้ในฐานะนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ JPL กล่าวในแถลงการณ์นาซาว่า ยังคงมีที่ทางให้ท้าทายทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์อีก เมื่อการตรวจสอบเกิดขึ้นอย่างแม่นยำมากขึ้นเรื่อยๆ แต่เราก็ยังต้องทำอะไรอีกมากก่อนที่จะพร้อมสำหรับยูคลิดและโรมัน ดังนั้นจึงจำเป็นที่เราต้องร่วมมือกับนักวิทยาศาสตร์จากทั่วโลกต่อไป ในการแก้ปัญหานี้อย่างที่เราทำในการสำรวจพลังงานมืด
นอกจากนี้ การสำรวจดาวฤกษ์และกาแลคซีแห่งแรกๆ สุดในเอกภพจากกล้อง
เวบบ์ จะช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้ทำเส้นทางวิวัฒนาการเอกภพจากช่วงยุคแรกสุด ความพยายามเหล่านี้มีศักยภาพในการตอบคำถามปริศนาสำคัญที่สุดของเอกภพบางส่วนได้ ซึ่งรวมถึงว่าสัมพัทธภาพและมวลที่มองเห็น และการขยายตัวของเอกภพเป็นความบังเอิญ แต่ยังอาจให้แง่มุมว่าแรงโน้มถ่วงและแรงพื้นฐานอื่นๆ ในเอกภพมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร สร้างเป็นทฤษฎีแห่งสรรพสิ่ง(Theory of everything)
แหล่งข่าว sciencealert.com : gravity has stayed constant for the entire age of the universe, study finds
iflscience.com : Einstein is right again – gravity has not changed across the universe
scitechdaily.com : NASA scientists probe dark energy – time to rework Albert Einstein’s theory of gravity?
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
