โนเบลฟิสิกส์ 2019 รางวัลแด่ผู้ค้นพบโลกใบใหม่นอกระบบสุริยะและโครงสร้างสำคัญระดับเอกภพ
รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2019 ถูกแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ส่วนแรกมอบให้แด่ เจมส์ พีเบิลส์ (James Peebles) จากการค้นพบเชิงทฤษฎีด้านจักรวาลวิทยา และอีกส่วนหนึ่งตกเป็นของ มิเชล เมเยอร์ (Michel Mayor) และดิดิเยร์ เกลอซ (Didier Queloz) จากการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ (Exoplanet) ที่โคจรรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์เคยสงสัยกันไหมว่าเอกภพนี้มีโครงสร้างและหน้าตาเป็นอย่างไร และเราอยู่ที่ไหนในเอกภพแห่งนี้ผลงานของนักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบลทั้ง 3 คนนี้ได้วางรากฐานทั้งในทางทฤษฎีและทางปฏิบัติไว้ให้นักฟิสิกส์รุ่นหลังได้ดำเนินการศึกษาหาคำตอบของคำถามดังกล่าวต่อเนื่องมาจนถึงปัจจุบันจักรวาลในถ้วยกาแฟย้อนเวลากลับไป 14000 ล้านปีที่แล้ว เอกภพของเราถือกำเนิดขึ้นมาจากจุดที่เรียกว่า Big Bang ซึ่งเอกภพของเรามีความหนาแน่นมหาศาลเกินกว่าที่เราจะจินตนาการได้ หลังจากนั้นเอกภพได้ขยายตัวขึ้น อะตอมและโมเลกุลรวมตัวกันจนเกิดเป็นดวงดาว กาแล็กซี ระบบสุริยะ โลก และคุณผู้อ่านที่กำลังกวาดตามาจนถึงบรรทัดนี้พลังงานที่คงค้างจากเอกภพในยุคแรกเริ่มตกทอดมาถึงเอกภพในยุคปัจจุบันในรูปแบบของการแผ่รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพ (Cosmic Microwave Background Radiation) ซึ่งนักดาราศาสตร์ตรวจจับมันได้Photo: nobelprize.orgเจมส์ พีเบิลส์ อาศัยหลักฐานจากการตรวจวัดและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์มาคำนวณจนนำมาสู่ข้อสรุปในทางทฤษฎีที่ว่า หากเอกภพของเราจะมีลักษณะอย่างที่เห็นในปัจจุบัน มันจะต้องมีองค์ประกอบเพิ่มขึ้นมาอีก 2 ส่วน ได้แก่ สสารมืด (Dark Matter) และพลังงานมืด (Dark Energy)หากเปรียบเทียบให้เอกภพของเราเป็นกาแฟลาเต้ร้อนหวานน้อย 1 แก้ว ปริมาณน้ำกาแฟเทียบได้กับพลังงานมืด นมที่เติมเข้ามาเป็นสสารมืด และน้ำตาลที่โรยเพิ่มลงไปเพียงเล็กน้อยเป็นสสารและพลังงานทั่วไปที่เราชั่ง ตวง วัด และศึกษาคุณสมบัติของมันทั้งหมดมาตลอดเวลานับพันปี พูดง่ายๆ ว่าองค์ความรู้เกี่ยวกับสสารและพลังงานที่เราตรวจวัดได้ทั่วไปนับเป็น 5% ขององค์ประกอบทั้งเอกภพเท่านั้นส่วนสสารมืดและพลังงานมืดนับเป็นความท้าทายที่สุดอย่างหนึ่งของฟิสิกส์ในปัจจุบัน เรารู้ว่ามันมีอยู่ผ่านการตรวจวัดทางอ้อม แต่ยังไม่รู้และเข้าใจธรรมชาติของมันอย่างถ่องแท้ชัดเจนโลกใบใหม่นอกระบบสุริยะแม้เราจะรู้จักเอกภพอย่างชัดเจนเพียง 5% แต่นั่นก็เป็นสิ่งสำคัญที่ประกอบขึ้นเป็นเรา รวมถึงโลกใบนี้ด้วย มิเชล เมเยอร์ และดิดิเยร์ เกลอซ ตอกย้ำว่าโลกอันแสนวิเศษของเราอาจไม่ใช่โลกใบเดียวในเอกภพอันกว้างใหญ่ไพศาลPhoto: nobelprize.orgการศึกษาดาวฤกษ์ทำได้ไม่ยากเย็น เนื่องจากมันมีแสงสว่างในตัวเอง แต่นักดาราศาสตร์ศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่ไม่มีแสงสว่างในตัวเอง มีขนาดเล็กกว่าดาวฤกษ์มาก และอยู่ไกลแสนไกลออกไปได้อย่างไรเทคนิคการตรวจจับนั้นมีหลายวิธี แต่หนึ่งในเทคนิคสำคัญอย่างหนึ่งอาศัยหลักการที่ว่า ในเมื่อดาวฤกษ์ส่งแรงโน้มถ่วงมาดึงดูดดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์บางดวงที่มีแรงโน้มถ่วงมากพอย่อมส่งแรงโน้มถ่วงมาดึงดูดดาวฤกษ์ดวงนั้นจนดาวฤกษ์ขยับไปมาได้เล็กน้อย ดังนั้นนักดาราศาสตร์จึงตรวจจับความถี่ของแสงที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อดาวฤกษ์เคลื่อนที่เข้าใกล้โลก-ถอยห่างออกจากโลกไปมาได้ คล้ายกับที่เราจะได้ยินเสียงรถฉุกเฉินด้วยความถี่ที่สูงขึ้นเมื่อรถวิ่งเข้ามาใกล้ และต่ำลงเมื่อมันวิ่งผ่านไปPhoto: nobelprize.orgมิเชล เมเยอร์ และดิดิเยร์ เกลอซ ได้ช่วยกันปรับจูนเครื่องมือตรวจวัดสเปกตรัมของแสงให้วัดค่าได้อย่างแม่นยำมากขึ้น จนนำมาสู่การประกาศการค้นพบสำคัญอย่างยิ่งทางดาราศาสตร์ย้อนไปเมื่อวันที่ 6 ตุลาคม 1995 นักวิทยาศาสตร์ทั้งสองได้ประกาศการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบ (Exoplanet) ดวงแรกที่โคจรอยู่รอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ (Solar-type Star)*ดาวเคราะห์ดังกล่าวอยู่ห่างจากโลกไป 50 ปีแสง มีชื่อว่า 51 Pegasi b โคจรรอบดาวฤกษ์ 51 Pegasus อยู่ในกลุ่มดาวม้าปีก มันใช้เวลาเพียง 4 วันในการโคจรครบ 1 รอบ นั่นแปลว่ามันอยู่ใกล้ดาวฤกษ์มากจนอุณหภูมิพื้นผิวสูงถึง 1000 องศาเซลเซียส และมีขนาดใหญ่ราวดาวพฤหัสบดี ซึ่งผิดกับความเชื่อเดิมที่คิดว่าดาวเคราะห์ยักษ์ควรจะอยู่ห่างจากดาวฤกษ์ จนนำมาสู่ทฤษฎีใหม่ว่าด้วยการกำเนิดดาวเคราะห์Photo: nobelprize.orgปัจจุบันเราค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบแล้วกว่า 4000 ดวง และกำลังจะพบอีกมากในอนาคตจากดาวเทียม TESS ที่ส่งขึ้นไปประจำการเมื่อวันที่ 18 เมษายน 2018 ที่ผ่านมามนุษย์เราเคยเชื่อว่าโลกเป็นศูนย์กลางของเอกภพ ต่อมาได้รู้ว่าดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะ ได้รู้จักกาแล็กซีอื่นๆ นอกจากทางช้างเผือก รู้ว่าเอกภพมีจุดกำเนิดมาจาก Big Bang และการขยายตัวมาจนถึงปัจจุบันPhoto: nobelprize.orgแบบจำลองโครงสร้างเอกภพของมนุษยชาติเปลี่ยนแปลงไปมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วง 50 ปีให้หลังมานี้ รวมถึงการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่โคจรรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ ได้เปลี่ยนแปลงแนวคิดเกี่ยวกับเอกภพที่เราอาศัยอยู่ไปตลอดกาลพิสูจน์อักษร: ภาสิณี เพิ่มพันธุ์พงศ์อ้างอิง:
เคยสงสัยกันไหมว่าเอกภพนี้มีโครงสร้างและหน้าตาเป็นอย่างไร และเราอยู่ที่ไหนในเอกภพแห่งนี้ผลงานของนักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบล 2019 ทั้ง 3 คนได้วางรากฐานทั้งในทางทฤษฎีและทางปฏิบัติไว้ให้นักฟิสิกส์รุ่นหลังได้ดำเนินการศึกษาหาคำตอบของคำถามดังกล่าวต่อเนื่องมาจนถึงปัจจุบัน