24
Aug
2022

ความทะเยอทะยานในการตรวจจับระลอกคลื่นในอวกาศ

ปรากฏการณ์ที่เข้าใจยากจนทีมหนึ่งต้องทำภารกิจที่ทะเยอทะยานเพื่อพิสูจน์ว่าภารกิจที่ทะเยอทะยานยิ่งกว่านั้นอาจเป็นไปได้

“ตอนนี้ร่างกายของคุณกำลังถูกยืดและบีบ” ดังนั้น Harry Ward จากมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ จึง บอกฉันขณะที่ฉันพยายามทำให้หัวของฉันเป็นไปตามแนวคิดคลื่นความโน้มถ่วงที่ศีรษะเกา “คลื่นความโน้มถ่วงทั่วไปที่พัดผ่านคุณในขณะนี้ อาจทำให้คุณเหยียดเท้าและแยกศีรษะออกจากกันราวๆ หนึ่งพันล้านล้านล้านเมตร” เขากล่าว

แรงโน้มถ่วงตามวอร์ดเป็นเจ้าแห่งจักรวาล “เป็นสิ่งที่ควบคุมจักรวาลในระดับที่ยิ่งใหญ่ที่สุด คลื่นความโน้มถ่วงเป็นระลอกคลื่นในโครงสร้างของกาลอวกาศ”

ระลอกคลื่นเหล่านี้แทรกซึมออกมาจากเหตุการณ์รุนแรง เช่น การชนกันของหลุมดำหรือดาวระเบิด คลื่นเหล่านี้คาดการณ์เมื่อเกือบ 100 ปีที่แล้วโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Albert Einstein แต่นักฟิสิกส์ถือว่าแรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่อ่อนแอ และผลกระทบของคลื่นความโน้มถ่วงจากเหตุการณ์ระยะไกลที่คาดการณ์ไว้นั้นมีขนาดเล็กจนแทบจินตนาการไม่ได้ เล็กมากจนยังไม่มีใครตรวจพบพวกมันในการทดลอง นั่นคือสิ่งที่ทีมของ Ward และพันธมิตรระหว่างประเทศพยายามทำ ปัญหาคืออาจต้องใช้เวลาบ้าง

ในห้องแล็บแคบๆ ที่ไม่มีหน้าต่างซึ่งเต็มไปด้วยอุปกรณ์ วอร์ดชี้ไปที่สิ่งที่เขาหวังว่าจะช่วยเปิดเผยความลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งของจักรวาล ความภาคภูมิใจของสถานที่ท่ามกลางชั้นวางที่ซ้อนกันด้วยคอมพิวเตอร์และออสซิลโลสโคป และม้านั่งที่ประดับด้วยชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์คือกระจกรมควันขนาดเท่าแล็ปท็อปที่หุ้มด้วยกระจกทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า ตั้งตรงเหมือนโดมิโน

“นี่” วอร์ดอุทานอย่างภาคภูมิใจ “เป็นอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ – การประกอบกระจกที่ใช้ควบคุมลำแสงเลเซอร์” มันคือเครื่องต้นแบบสำหรับเครื่องมือที่จะใช้เลเซอร์ในการวัด – ถึงหนึ่งในพันของหนึ่งในล้านของมิลลิเมตร – ตำแหน่งของลูกบาศก์ทองคำขาว 46 มม. ที่ลอยอิสระสองก้อนภายในยานอวกาศ เครื่องมือจริงเพิ่งถูกส่งไปยังประเทศเยอรมนีเพื่อรวมเข้ากับLaser Interferometer Space Antenna (Lisa) Pathfinderซึ่งเป็นขั้นตอนแรกของความพยายามที่นำโดยยุโรปในการวัดคลื่นความโน้มถ่วง

อย่างไรก็ตาม ความทะเยอทะยานนี้ท้าทายมากจน ภารกิจ Lisa Pathfinder ของ European Space Agency (ESA) จะไม่พยายามวัดคลื่นโน้มถ่วง แต่เป็นการพิสูจน์ว่าเทคโนโลยีนี้ใช้ได้กับยานอวกาศที่อาจเป็นไปได้ สิ่งนี้ทำให้นึกถึงคอมพิวเตอร์ Deep Thought ในHitchhiker’s Guide to the Galaxyซึ่งสร้างคำตอบให้กับชีวิต จักรวาล และทุกสิ่ง แต่ต้องออกแบบคอมพิวเตอร์อีกเครื่องหนึ่งเพื่อคำนวณว่าจริงๆ แล้วคำถามคืออะไร

สิ่งที่นักฟิสิกส์ทั่วโลกที่ทำงานเกี่ยวกับ Lisa Pathfinder ต้องการสร้างคือภารกิจที่เรียกว่า eLisa ซึ่งประกอบด้วยยานอวกาศ 3 ลำ บินในอวกาศห่างกันหลายล้านกิโลเมตร แต่ละก้อนจะมีลูกบาศก์ลอยอิสระหรือมวลทดสอบ ทฤษฎีที่ว่าการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ใดๆ ระหว่างมวลเหล่านี้จะเกิดจากคลื่นความโน้มถ่วง

เพื่อการทำงานนั้น มวลจะต้องถูกแยกออกจากแรงภายนอกอื่นๆ ทั้งหมด ซึ่งรวมถึงการเคลื่อนที่ของยานอวกาศ แรงไฟฟ้าจรจัด และแรงโน้มถ่วงที่ผันผวนเฉพาะที่ ซึ่งเกิดจากดาวเคราะห์และสิ่งที่คล้ายกัน พวกมันไม่ได้รับอนุญาตให้ขยายหรือหดตัวด้วยความร้อนหรือความเย็น และต้องเอาชีวิตรอดจากการปล่อยและการแยกจากชั้นบรรยากาศของเราไปสู่สุญญากาศของอวกาศ มวลเหล่านี้จะต้องลอยอย่างอิสระโดยสมบูรณ์ โดยที่ยานอวกาศสร้างขึ้นรอบตัวพวกเขา

“แต่” วอร์ดสารภาพ “เป็นการยากที่จะโน้มน้าวผู้คนว่าเราฉลาดมาก!”

ดังนั้น Lisa Pathfinder จึงเป็นภารกิจ “ก้าว” เพื่อพิสูจน์เทคโนโลยีสำหรับการทดลองคลื่นโน้มถ่วงที่ทะเยอทะยานนี้ใช้งานได้จริง เพย์โหลด Lisa Pathfinder ซึ่งขณะนี้ถูกประกอบเข้าด้วยกันในเยอรมนี จะมีมวลทดสอบสองชิ้นนี้ ห่างกันเพียง 40 ซม. พวกมันจะถูกเก็บไว้ในห้องพิเศษและตำแหน่งของยานอวกาศควบคุมด้วย “ไมโคร-ขับดัน” ใหม่ให้อยู่ภายในหนึ่งในพันของหนึ่งล้านของเมตร เมื่อน้ำหนักบรรทุกถูกประกอบอย่างสมบูรณ์แล้ว ยานจะมาถึงสหราชอาณาจักรเพื่อติดตั้งในยานอวกาศหลัก ซึ่งพร้อมและรอคอย

ซาวด์แทร็กของจักรวาล

ในขณะที่ไม่มีใครสงสัยว่าคลื่นความโน้มถ่วงมีอยู่จริง ความพยายามหลายอย่างในการตรวจจับคลื่นเหล่านี้จากโลกกลับล้มเหลวจนถึงตอนนี้ วอร์ดหวังว่าการค้นหาพวกมันในอวกาศ – ที่ซึ่งพวกมันไม่ถูกแรงโน้มถ่วงของโลกล้นมือ – เป็นแนวทางที่ถูกต้อง และเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นใน Lisa Pathfinder จะดีพอที่จะจับพวกมันได้ในที่สุด “คุณสามารถใช้สิ่งนี้เป็นส่วนประกอบ สร้างสำเนาเพื่อใส่ใน eLisa และเรามั่นใจว่ามันจะใช้งานได้” วอร์ดกล่าว

ภารกิจ Pathfinder มีกำหนดเปิดตัวในปี 2015 แต่ eLisa ยังไม่มีโอกาสได้บิน แม้ว่าจะได้รับการสนับสนุนอย่างล้นหลามจากคณะกรรมการตรวจสอบโดยเพื่อนของนักวิทยาศาสตร์ชาวยุโรป ภารกิจดังกล่าวก็ถูกเลื่อนออกไปเพื่อสนับสนุนภารกิจของ Juice ไปยังดวงจันทร์น้ำแข็งของดาวพฤหัสบดี ตอนนี้ eLISA กำลังเข้าสู่การแข่งขันอีกครั้งสำหรับสล็อตเปิดตัวครั้งใหญ่ครั้งต่อไปของ ESA หากประสบความสำเร็จ จะสามารถเข้าสู่อวกาศได้ภายในปี 2030

การพิสูจน์ว่าไอน์สไตน์ถูกต้องจะเป็นเรื่องใหญ่ในตัวเอง แต่ถ้าเราสามารถวัดคลื่นความโน้มถ่วงเหล่านี้และติดตามพวกมันกลับไปยังต้นกำเนิดของมัน ความเป็นไปได้ของดาราศาสตร์ก็อาจมีมหาศาล

“ทุกสิ่งที่เรารู้จนถึงปัจจุบันมาจากการสังเกตสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า” วอร์ดอธิบาย “แต่นั่นเป็นหน้าต่างที่แคบมาก – ดาราศาสตร์คลื่นโน้มถ่วงเสนอวิธีใหม่ในการสำรวจจักรวาลอย่างสมบูรณ์” คลื่นความโน้มถ่วงเกี่ยวข้องกับคลื่นอะคูสติกมากกว่า และด้วยเหตุนี้จึงทำให้เราสามารถ “ได้ยิน” จักรวาลได้เป็นครั้งแรก ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถสำรวจเหตุการณ์ที่รุนแรงและรุนแรงที่สุดบางส่วนที่ก่อตัวและก่อตัวเป็นวิวัฒนาการต่อไป เช่น การก่อตัวและ การเติบโตของหลุมดำขนาดใหญ่

ถ้าภารกิจนี้ (ก่อนทำภารกิจ) สำเร็จ และ eLisa ถูกสร้างขึ้น จักรวาลใหม่ทั้งหมดก็จะถูกเปิดออกต่อหน้าเรา จักรวาลที่มองไม่เห็นจะเริ่มโฟกัส และในที่สุดเราอาจเริ่มไล่ตามความเฉลียวฉลาดของจิตใจของไอน์สไตน์

หน้าแรก

Share

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published.