- เป็นรายการใน Nature ที่ระบุว่า ตรวจพบ คลื่นความโน้มถ่วง “สัตว์ประหลาด” ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าที่ผ่านมาอย่างมากเป็นครั้งแรก และทำให้การสังเกตคลื่นความโน้มถ่วงกลับมาเป็นที่สนใจอีกครั้ง
- เนื้อหาสั้น ๆ ที่เผยแพร่ใช้คำว่า “Gravitational waves are back, and they’re bigger than ever” โดยชู การเปลี่ยนแปลงด้านขนาด เป็นประเด็นหลัก
- รายการนี้ตีพิมพ์ใน Nature 619 หน้า 13-14 และมี DOI คือ
10.1038/d41586-023-02167-7 - เอกสารอ้างอิงมีงานวิจัยเกี่ยวกับคลื่นความโน้มถ่วงที่เผยแพร่ใน ปี 2023 โดย Agazie, Antoniadis, Reardon, Xu และคณะ
- จากข้อความที่ให้มาเพียงอย่างเดียว ยังยากที่จะตรวจสอบไปถึงวิธีสังเกตการณ์ อุปกรณ์ที่ใช้ ข้อมูลวิเคราะห์ หรือการตีความทางวิทยาศาสตร์
สิ่งที่ยืนยันได้จากชื่อเรื่องและประโยคที่เผยแพร่
- ชื่อเรื่องคือ “Monster gravitational waves spotted for first time” โดยนำเสนอการสังเกต คลื่นความโน้มถ่วงสัตว์ประหลาด ครั้งแรกเป็นประเด็นหลัก
- เนื้อหาจริงที่เผยแพร่มีเพียงประโยคเดียวว่า “Gravitational waves are back, and they’re bigger than ever” ซึ่งเน้นว่าคลื่นความโน้มถ่วงกลับมาเป็นที่สนใจอีกครั้ง และมีขนาดใหญ่กว่าที่ผ่านมา
ข้อมูลบรรณานุกรมและขอบเขตที่ตรวจสอบได้
- รายการนี้อยู่ใน Nature 619 หน้า 13-14 และมี DOI คือ
10.1038/d41586-023-02167-7 - เอกสารอ้างอิงประกอบด้วย งานวิจัยปี 2023 ต่อไปนี้
- Agazie และคณะ, Astrophys. J. 951, L8
- Antoniadis และคณะ, arXiv preprint
2306.16214 - Reardon และคณะ, Astrophys. J. 951, L6
- Xu และคณะ, Res. Astron. Astrophys. 23, 075024
- ข้อความที่ให้มาไม่มีข้อมูลเฉพาะเกี่ยวกับ วิธีการสังเกตการณ์, อุปกรณ์ตรวจจับ, ลักษณะของสัญญาณ, หรือ การตีความทางวิทยาศาสตร์
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นจาก Hacker News
ฟิสิกส์และวิศวกรรมสมัยใหม่ดูเหลือเชื่อแบบในทางที่ดีไปหน่อย LIGO เองก็เคยคิดว่าไม่น่าจะทำงานได้ และตอนที่มีการตรวจจับออกมาก็ยังสงสัยว่าใช่การวิ่งไล่หางตัวเองหรือเปล่า แต่ตอนนี้แทบจะแน่นอนแล้วว่าข้อมูลนั้นเป็นของจริง จากการตรวจจับของหลายสถาบันและความสอดคล้องกับการสังเกตแสงจากการรวมตัวของดาวนิวตรอน
จากนั้นก็ได้ยินเรื่อง LISA ซึ่งแนวคิดพื้นฐานคล้ายกัน แต่เอาไปสร้างในอวกาศ ให้ยานสำรวจรักษารูปขบวนและยิงเลเซอร์หากันจากระยะ 2.5 ล้านกม. ฟังดูเหมือนแผนสุดเพี้ยน แต่ดูเหมือน Pathfinder ซึ่งเป็นการพิสูจน์แนวคิดจะทำงานได้ และตอนนี้กำลังสร้างของจริง โดยมีกำหนดในปี 2037 ซึ่งก็น่าทึ่งมาก
เมื่อไม่กี่ปีก่อนตอนดูวิดีโอของ Spacetime เกี่ยวกับโครงการนี้ก็ยังคิดว่าไม่น่าจะสำเร็จเพราะมีสัญญาณรบกวนมากเกินไป แต่ตอนนี้บรรยากาศเหมือนมันอาจจะสำเร็จแล้ว ต่อไปนี้ถ้านักฟิสิกส์บอกว่าเป็นไปได้ ต่อให้ดูเป็นไปไม่ได้แค่ไหนก็พร้อมจะตั้งใจฟัง
การหมุนของดาวนิวตรอนสม่ำเสมอมากจนเอาไปใช้ปรับเทียบนาฬิกาอะตอมได้[0] แต่บางดวงมี glitch ที่ไม่เป็นไปตามคาด และ glitch เหล่านั้นก็สอดคล้องกันเอง พอรู้เข้าจริงมันไม่ใช่ glitch แต่เป็นคลื่นความโน้มถ่วงขนาดมหึมาที่บิดเบือนกาลอวกาศ
[0] https://gizmodo.com/scientists-use-spinning-neutron-stars-to...
เงินทุนก้อนใหญ่และโครงการก่อสร้างขนาดใหญ่ทุกวันนี้ส่วนมากกระจุกอยู่ในสหรัฐฯ แต่ศูนย์กลางของจักรวรรดิก็เปลี่ยนไปตามกาลเวลา และไอเดียนั้นมาจากทั่วโลก
https://www.uwa.edu.au/Profile/David-Blair
อันนี้ยิ่งหลุดโลกเข้าไปอีก
[1] https://einstein.stanford.edu/TECH/technology1.html
สงสัยว่าถ้าคลื่นแบบนี้ผ่านตัวเราไป มันจะมีลักษณะอย่างไร จะเหมือนเสียงที่ทำให้อนุภาคถูกอัดและขยาย แล้วโมเลกุลเรียงตัวใหม่ชั่วคราวไปในทิศ “ลง” ที่เบี่ยงออกจากจุดศูนย์กลางมวลของโลกเพียงเล็กน้อยหรือไม่?
แล้วคลื่นแบบนี้ควรมองว่าเป็นไซน์เวฟที่ค่อนข้างนุ่มนวลมากหรือเปล่า? ในทางกลับกัน คลื่นความโน้มถ่วงแบบสี่เหลี่ยม ที่มีแอมพลิจูดสูงจะเป็นไปได้ไหม? ถ้ามีจริง วัตถุที่มันผ่านจะเกิดอะไรขึ้น?
เมื่อคลื่นผ่านจากยอดคลื่นไปสู่ท้องคลื่น ทิศทางจะสลับกัน คือแกน x จะยืดและแกน y จะถูกบีบ สิ่งที่เรียกว่ายืดและบีบในที่นี้หมายถึงความเร่งบวกและลบแบบชั่วขณะซึ่งถูกเพิ่มเข้ามาบนความเร่งของสนามโน้มถ่วงพื้นหลังจากโลกที่มีขนาดใหญ่กว่ามาก
ภาพประกอบอยู่ที่นี่: https://www.researchgate.net/publication/313828462/figure/fi...
เหมือนกับที่เด็กสามารถเพิ่มแอมพลิจูดของไซน์เวฟบนชิงช้าได้ด้วยการขยับขาตามความถี่เรโซแนนซ์ของชิงช้า แม้คลื่นความโน้มถ่วงที่อ่อนมากก็สามารถเพิ่มการสั่นของ ring oscillator ได้ ถ้าตรงกับความถี่เรโซแนนซ์ของวงแหวน
คลื่นความโน้มถ่วงแบบสี่เหลี่ยมที่สมบูรณ์แบบนั้นเป็นไปไม่ได้ เช่นเดียวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เพราะต้องใช้พลังงานอนันต์ที่มุมหัก หลักการแล้วอาจประมาณให้ใกล้เคียงได้ แต่ปริภูมิ-เวลานั้นแข็งมากอย่างมหาศาล และแหล่งกำเนิดจริงที่เรารู้จักก็ดูจะสร้างคลื่นที่เรียบมาก เหตุการณ์ที่รุนแรงที่สุดก็ยังเป็นการรวมตัวของหลุมดำที่มีอยู่เดิม ซึ่งแทบทั้งหมดเกิดจากการวนเกลียวเข้าหากันอย่างราบรื่นมากกว่าการชนแบบคมกระแทก
สัญญาณ “chirp” ที่เห็นในเครื่องตรวจจับ LIGO มีหน้าตาแบบนี้: https://www.youtube.com/watch?v=TWqhUANNFXw
ผลของคลื่นสี่เหลี่ยมก็น่าจะเป็นไปตามคาด คือเหมือนโดนกระตุกแรง ๆ ครั้งเดียวแบบฉับพลัน เหมือนในกรณีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มากกว่าจะค่อย ๆ เพิ่มการสั่นของออสซิลเลเตอร์อย่างราบรื่น
ใน LIGO เพราะเหตุนี้ แขนข้างหนึ่งของอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์จึงยาวขึ้นในขณะที่อีกข้างสั้นลง แล้วระหว่างที่คลื่นผ่าน สถานะนี้ก็จะสลับกลับไปกลับมา ศัพท์เทคนิคของการเคลื่อนที่นี้คือ “Differential Arm” motion หรือการกระจัดเชิงผลต่างที่แขนทั้งสองเปลี่ยนความยาวพร้อมกันในทิศตรงข้าม
เมื่อความยาวแขนเปลี่ยน ระยะทางที่ลำแสงเลเซอร์แต่ละลำเดินทางก็เปลี่ยนไปด้วย ลำแสงในแขนที่สั้นกว่าจะกลับมาถึงตัวแยกลำแสงก่อนลำแสงในแขนที่ยาวกว่า และระหว่างที่คลื่นผ่าน แต่ละแขนจะสลับไปมาระหว่างการเป็นแขนที่สั้นกว่าและยาวกว่า เมื่อกลับมารวมกันอีกครั้งที่ตัวแยกลำแสง คลื่นแสงจะไม่ตรงกันอย่างพอดีอีกต่อไปและเกิดการเหลื่อมเฟส โดยจะสลับไปมาระหว่างการตรงกันและไม่ตรงกันตลอดช่วงที่คลื่นผ่าน
https://www.ligo.caltech.edu/page/what-is-interferometer
https://en.wikipedia.org/wiki/LIGO
ถ้าอยากได้ภาพรวมที่เข้าใจง่ายกว่านี้ ลองดูรายงานชิ้นนี้:
In a major discovery, scientists say space-time churns like a choppy sea
https://www.washingtonpost.com/science/2023/06/28/gravitatio...
ฉบับเก็บถาวร: https://archive.is/AmRvg
[0] https://news.ycombinator.com/item?id=36514521
ช่วยอธิบายเหมือนอธิบายให้เด็กห้าขวบฟังที เคยเรียนมาว่าวัตถุทุกชิ้นตกด้วยความเร็วเท่ากันเพราะค่าคงที่ความโน้มถ่วง
ถ้ามีคลื่นแบบนี้อยู่ จะหมายความว่าวัตถุต่าง ๆ ตกด้วยความเร็วที่ต่างกันเล็กน้อยหรือเปล่า? ตามขนาดของคลื่นก็จะเกิดแรงดึงในทิศตรงข้าม และทำให้ค่าคงที่เพี้ยนไปนิดหน่อยประมาณนั้นไหม?
แล้วอีกเรื่องที่ออกนอกประเด็นไปนิดแต่เกี่ยวข้องกัน ถ้าวัตถุทุกชิ้นมีแรงโน้มถ่วงตามมวลของมัน วัตถุที่ใหญ่กว่าก็น่าจะนอกจากถูกโลกดึงแล้ว ยังดึงโลกเข้าหาตัวเองด้วย ดังนั้นมันจะตกเร็วกว่าวัตถุเล็กเพียงเล็กน้อยหรือไม่?
อีกอย่าง คำพูดที่ว่าวัตถุในสุญญากาศตกด้วยความเร็วเท่ากันนั้นเป็นความเข้าใจผิดที่พบบ่อย ปกติมักอธิบายด้วยตรรกะว่ามวลของวัตถุถูกตัดกันได้ในทั้งสองฝั่งของสมการ หรือไม่ก็ว่าแม้จะแบ่งวัตถุออกเป็นสองชิ้น ครึ่งหนึ่งแต่ละชิ้นก็ไม่ได้ตกช้าลง
ถ้าจะตอบก็คือ หากวัตถุทุกชิ้นมีขนาดเท่ากัน อยู่ห่างจากวัตถุอ้างอิงเท่ากัน (ปกติก็คือโลก) มีมวลเท่ากัน และเริ่มจากสภาพหยุดนิ่งโดยไม่มีความเร็วสัมพัทธ์ วัตถุหนักกับวัตถุเบาจะมีความเร่งเท่ากัน แต่วัตถุหนักจะชนก่อน แบบนี้จะเรียกว่า “ตกเร็วกว่า” ได้ไหม?
ตามที่คอมเมนต์ข้างล่างอธิบายไว้อย่างใจดี ดูเหมือนว่าคำตอบของคำถามนี้ในแบบจำลองปัจจุบันคือ “ไม่”: https://www.youtube.com/watch?v=QMFLcmsjOBg
แม้จะไม่ใช่สาขาที่ผมเชี่ยวชาญ แต่ไม่มีทฤษฎีที่ว่าแทนที่จะผลักยานอวกาศให้เคลื่อนที่ผ่านอวกาศ เราสามารถบิดกาลอวกาศรอบยานเพื่อให้เดินทางเร็วกว่าแสงได้หรอกหรือ?
ขอเน้นว่านี่เป็นการคาดเดาล้วน ๆ แต่คลื่นความโน้มถ่วงแบบนี้อาจเป็น “ระลอกค้าง” ที่เกิดตามหลังการเดินทางเร็วกว่าแสง เหมือนเรือที่แล่นผ่านน้ำแล้วทิ้งคลื่นไว้ข้างหลัง ได้ไหม?
ในวิดีโอบอกว่าแบบจำลองเร็วกว่าแสงที่อาศัยการบิดกาลอวกาศไม่ได้สร้างระลอกค้างแบบนี้ แต่อย่างไรก็ตาม ถ้ามียานอวกาศขนาดใหญ่มหาศาลที่เร่งความเร็วอย่างรวดเร็วมากจริง ๆ ระลอกนั้นก็น่าจะตรวจจับได้
คลื่นเหล่านี้แรงกว่าและยาวกว่าที่ค้นพบในปี 2015 หลายพันเท่า และอาจมีความยาวคลื่นถึงหลายสิบปีแสง ในทางกลับกัน ระลอกที่ตรวจจับด้วยอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ตั้งแต่ปี 2015 มีความยาวเพียงระดับหลายสิบถึงหลายร้อยกิโลเมตร
ดูเหมือนว่าเราจะรู้ค่อนข้างมากแล้วว่ามันมาจากไหน ถ้าเปรียบกับเรือ ก็ใกล้เคียงกับสถานการณ์ที่เราสังเกตเห็นคลื่นทะเลยักษ์ตามธรรมชาติได้ แต่ไม่ทันสังเกตรอยน้ำที่เรือทิ้งไว้ขณะแล่นข้ามทะเล
ภายในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมีคำตอบเชิงคณิตศาสตร์ที่ใช้ได้ ซึ่งวัตถุหนึ่งอยู่ในกระเปาะของกาลอวกาศ และกาลอวกาศรอบข้างถูกบิดงอ ทำให้โดยคร่าว ๆ แล้วไม่ใช่วัตถุที่เคลื่อนที่ แต่เป็นอวกาศที่เคลื่อนที่แทน
แต่การจะจัดรูปกาลอวกาศแบบนั้นได้ ต้องอาศัยเงื่อนไขที่เป็นไปไม่ได้ หรือสิ่งที่ยังไม่รู้ว่ามีอยู่จริง หรือไม่ก็พลังงานระดับเท่ากับพลังงานทั้งหมดของเอกภพ
นอกจากนี้ ยังไม่มีคำตอบเชิงคณิตศาสตร์ที่ใช้ได้และเป็นที่รู้จักสำหรับการเปลี่ยนผ่านจากอวกาศปกติไปสู่การจัดรูปกาลอวกาศแบบพิเศษนั้นด้วย ดังนั้นถ้ามันมีอยู่ ก็ต้องมีอยู่ในสภาพนั้นมาตลอด
สรุปคือค่อนข้างมั่นใจว่ามันไม่น่าจะเป็นไปได้จริง แต่ถ้ามันเป็นไปได้ เราก็พอรู้ว่าควรมองหาอะไรและต้องแก้ปัญหาอะไรบ้าง บางครั้งก็มีงานวิจัยที่พยายามตัดบางข้อออกจากรายการสิ่งที่เป็นไปไม่ได้นั้น
เป็นแนว “โอกาสต่ำ แต่สักวันอาจจะก็ได้” มากกว่า
https://futurama.fandom.com/wiki/Dark_Matter_Engine
https://www.youtube.com/watch?v=1RtMMupdOC4
ผมพอเข้าใจใจความของงานวิจัยนี้อยู่ พัลซาร์ปล่อยคลื่นวิทยุออกมาด้วยความถี่ที่สม่ำเสมอ ดังนั้นถ้าเฝ้าดูคลื่นวิทยุที่รับมาจากพัลซาร์บนทรงกลมรอบตัวเรา เราก็สามารถวัดความผิดปกติของความถี่ที่มีความสัมพันธ์กัน และอนุมานได้ว่ามีคลื่นความโน้มถ่วงขนาดมหึมาที่แทบจะเปลี่ยนรูปร่างของตัวกลางที่ใช้ส่งสัญญาณเป็นสาเหตุ
แต่สิ่งนี้ไม่ได้วัดตัวคลื่นความโน้มถ่วงโดยตรง มันวัดการเปลี่ยนแปลงของวิถีสัญญาณวิทยุที่ “ขี่” คลื่นนั้นมา ถ้าเปรียบกับทะเล ก็เหมือนมีป้อมปืนรอบตัวเรายิงลูกดอกลอยมาในทุกทิศทุกทางเป็นจังหวะคงที่ แล้วเราวัดเวลาที่ลูกดอกมาถึงเพื่ออนุมานขนาดของคลื่นบนเส้นทางนั้น เราไม่ได้เห็นคลื่นเอง แต่เห็นแค่ลูกดอก
เพราะอย่างนั้น สิ่งที่ผมสงสัยคือ เราจะแยกได้อย่างไรว่านี่คือคลื่นลูกใหญ่มากเพียงลูกเดียว หรือเป็นคลื่นเล็กจำนวนมากที่รวมกันจนให้ผลเหมือนกัน กล่าวคือเรารู้ว่ารูปคลื่นบางแบบทำให้เวกเตอร์ความเร็วของสัญญาณวิทยุเปลี่ยนไป แต่ถ้ามีการจัดเรียงของคลื่นหลายแบบที่ให้การเปลี่ยนแปลงของสัญญาณเหมือนกัน เราจะเลือกการจัดเรียงที่ถูกต้องได้อย่างไร?
ผลที่ได้คือพวกเขามองหารูปแบบเฉพาะที่เรียกว่า เส้นโค้ง Hellings–Downs ซึ่งทำนายว่าความสัมพันธ์ของคู่พัลซาร์ตามระยะเชิงมุมบนท้องฟ้าจะเปลี่ยนไปอย่างไร เมื่อคลื่นความโน้มถ่วงมาจากทุกทิศทางที่เป็นไปได้
ไม่แน่ใจว่านี่ตอบคำถามได้ตรงไหม แต่ผมเข้าใจว่ามันเป็นแนวทางแบบจำลองผลลัพธ์ของทุกผลกระทบที่เป็นไปได้ขึ้นมา แล้วดูว่าข้อมูลสอดคล้องกับแบบไหน ดังนั้นถ้ามีหลายสาเหตุที่ให้ผลเหมือนกัน ก็น่าจะแยกออกจากกันได้ยาก
บทความของ Quanta Magazine ก็น่าอ่านประกอบด้วย: https://www.quantamagazine.org/an-enormous-gravity-hum-moves...
คำอธิบายสำหรับคนทั่วไปที่ยอดเยี่ยม:
https://www.reddit.com/r/space/comments/14lpjnx/scientists_h...
ดูเหมือนว่าคลื่นความโน้มถ่วง “มหึมา” แบบนี้ถูก “จับได้” โดยคำนวณความแตกต่างของจังหวะเวลา pulsar บทความมีข้อมูลไม่มากอย่างที่คาดไว้ แต่มีคลื่นพวกนี้อันไหนบ้างไหมที่ถูกตรวจจับหรือยืนยันด้วย LIGO?
https://arstechnica.com/science/2023/06/nanograv-picks-up-si...
อาจเป็นคำถามงี่เง่า แต่ในทางทฤษฎีเราจะ โต้คลื่นความโน้มถ่วง ได้ไหม? บนโลกคงไม่ได้แน่นอน แต่แถว ๆ ใกล้หลุมดำคู่ก็น่าจะพอเป็นไปได้หรือเปล่า จากภาพจำลองแบบแผ่นยางที่บอกว่าแรงโน้มถ่วงทำให้ปริภูมิ-เวลาโค้ง มันดูเหมือนจะโต้คลื่นได้
คำอธิบายเพิ่มเติมอยู่ที่ https://worldbuilding.stackexchange.com/questions/36113/woul...