Blockdit Logo (Mobile)
Science Complex
•
11 มี.ค. 2020 เวลา 14:26 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
SciStory EP5 - เส้นใยจักรวาล กับสิ่งมีชีวิตที่เรียกว่า “สไลม์”
2
ความเกี่ยวเนื่องที่ไม่น่าจะเกี่ยวข้องกันได้ (Cosmic Web and Slime)
โลกเราตั้้งอยู่ในกาแล็กซีทางช้างเผือก ใกล้เคียงกันก็มีกาแล็กซีเพื่อนบ้านอย่างแอนโดรเมดา และกาแล็กซีข้างเคียงอยู่มากมายเหลือคณานับ เดิมนักดาราศาสตร์เชื่อว่าการวางตัวของกาแล็กซีเหล่านี้เป็นไปโดยสุ่ม หรือตั้งแต่กำเนิดเอกภพขึ้น มวลสารที่หล่อหลอมกลายเป็นกาแล็กซีในปัจจุบันมีที่ตั้งต่างกันออกไปไร้รูปแบบ
ปัจจุบันมีแนวคิดหนึ่งที่เรียกว่า "เส้นใยจักรวาล (Cosmic Web)" กล่าวคือ กาแล็กซีต่าง ๆ ไม่ได้ตั้งกระจายตัวอย่างสุ่ม แต่กระจายตัวเป็นโครงสร้างเหมือนเส้นใย ในปี ค.ศ. 2017 นักดาราศาสตร์ได้ตีพิมพ์ผลงานการค้นพบเส้นใยจักรวาลนามว่า "MAMMOTH-1" ทำให้แนวคิดนี้ได้รับความน่าเชื่อถือมากยิ่งขึ้น
เมื่อเรารู้ว่ากาแล็กซีไม่ได้ตั้งโดยสุ่มแล้วอย่างไรต่อ?
เป็นธรรมชาติของมนุษย์ที่อยากรู้อยากเห็น อยากอธิบาย อยากทำนาย จึงพยายามหาโมเดลบางอย่างมากำหนดหรือคาดหมายว่าโครงสร้างอย่างเส้นใยจักรวาลนั้น จะมีรูปร่างหน้าตาในระดับเอกภพนั้นเป็นอย่างไร การก่อเกิดของมันเป็นไปด้วยกระบวนการใด
เนื่องจากการก่อตัวของเส้นใยจักรวาลมีความซับซ้อนสูงมาก ประหนึ่งเรานำเส้นใยเพียงหนึ่งเส้นมาขยุ้มเข้าหากัน ก็สร้างรูปแบบของก้อนเส้นใยได้หลากหลาย ไม่มีรูปแบบทางคณิตศาสตร์อย่างง่ายที่จะอธิบายโครงสร้างอันซับซ้อนนี้ได้เลยหรือ
1
สไลม์อาจเป็นคำตอบ
สไลม์ (Slime) เป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว (Unicellular) จัดเป็น Protist ชนิดหนึ่ง (เดิมเรียกว่า Protista) ถึงแม้สไลม์จะอยู่กันเป็นกลุ่มแต่ก็ไม่ได้ก่อร่างสร้างจนมีอวัยวะ มีรูปทรงแน่นอนเหมือนสิ่งมีชีวิตทั่วไป และไม่มีระบบประสาท
ความพิเศษและความน่าสนใจของสไลม์ที่ทำให้มันเป็นหนึ่งในสิ่งมีชีวิตที่นักวิทยาศาสตร์อยากเรียนรู้เกี่ยวกับมันมากที่สุดอย่างหนึ่ง ก็คือ แม้มันจะไม่มีระบบประสาท แต่ทำไมจึงแพร่กระจายตัวไปหาอาหารได้อย่างง่ายดายราวกับมีระบบอะไรบางอย่าง
หนึ่งในการวิจัยชื่อดังในปี ค.ศ. 2018 ก็คือ นักวิจัยจากญี่ปุ่นได้ทดลองนำข้าวโอ๊ตมาวางรอบ ๆ สไลม์ โดยเปรียบเทียบกับสถานการณ์ คือ
สไลม์ = เมืองโตเกียว
ข้าวโอ๊ตที่วางรอบ ๆ สไลม์ = เมืองรอบ ๆ โตเกียว
นักวิจัยญี่ปุ่นทดสอบโดยการให้สไลม์เป็นเสมือนเมืองโตเกียว เพื่อดูการแพร่กระจายของมันไปยังข้าวโอ๊ตที่อยู่รอบ ๆ ซึ่งคล้ายกับเมืองโดยรอบ เพื่อดูการสร้างโครงข่ายที่ดีที่สุด เพื่อนำไปปรับใช้ในการสร้างโครงข่ายรางรถไฟ (อ่านเพิ่มเติมในอ้างอิงลำดับที่ [4] )
เพื่อศึกษาว่าสไลม์จะออกแบบโครงข่ายอย่างไรให้ไปถึงข้าวโอ๊ตได้ดีที่สุด ระยะทางสั้นที่สุด ประหนึ่งเป็นโครงสร้างระบบรางรถไฟเลยทีเดียว ถือเป็นหนึ่งในงานวิจัยที่พยายามนำระบบของสิ่งมีชีวิตมาใช้ในทางวิศวกรรม
จากสไลม์สู่เส้นใยจักรวาล
กลับมายังปัจจุบัน นักดาราศาสตร์และนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย, แซนตา ครูซ ได้พยายามหาวิธีเสนอภาพ (Visualization) ของเส้นใยจักรวาลในระดับมหภาค โดยได้นำสไลม์สปีชีส์ Physarum polycephalum หนึ่งในไฟลัม Mycetozoa มาศึกษาการเติบโตและกระจายตัวของมัน
เพื่อที่จะสร้างระบบที่เรียกว่า Physarum-based Algorithm หรือขั้นตอนวิธีการเติบโตที่อ้างอิงจากพฤติกรรมของสไลม์ Physarum นักวิจัยได้อาศัยข้อมูลกาแล็กซีจำนวน 37,000 แห่งจาก Sloan Digital Sky Survey (SDSS) สำหรับนำมาเป็นข้อมูลพื้นฐานในการสร้างโมเดล
ขณะที่สไลม์จะหาระบบโครงข่ายขนส่งและลำเลียงอาหารที่ดีที่สุด (Optimized Transport Network) เช่นเดียวกันนักดาราศาสตร์เชื่อว่าขณะเส้นใยจักรวาลกำลังฟอร์มตัวหลังเกิดบิกแบงก็จะต้องเป็นการกระจายที่เหมาะสมที่สุดเช่นกัน ถึงแม้จะเป็นสถานการณ์ที่ต่างกัน แต่เชื่อว่าโครงสร้างหรือรูปแบบทางคณิตศาสตร์ต้องมีความคล้ายคลึงกันอย่างแน่นอน
สิ่งที่นักวิจัยคาดหวังขั้นต้นก็คือ การได้โมเดลทางคณิตศาสตร์ออกมา แต่ไม่ได้คาดหวังว่าโมเดลที่ได้ต้องเข้ากันได้กับสภาพเส้นใยจักรวาลจริงในธรรมชาติ เพราะต้องมีอีกหลายขั้นตอนที่ต้องปรับ (validate) ต่อไป
Dark Thread
หนึ่งในปริศนาเกี่ยวกับเอกภพ ก็คือ สสารมืด ไม่มีใครรู้ว่ามันมีหน้าตาอย่างไร ส่องกล้องโทรทรรศน์ก็ไม่อาจเห็นได้ เพราะสสารมืดไม่ทำอันตรกิริยากับแสง หนึ่งในจุดน่าสนใจของการศึกษาเส้นใยจักรวาลโดยใช้โมเดลจากสไลม์ก็คือ
"คาดการณ์ขอบเขตของสสารมืด"
นอกจากกาแล็กซีที่ส่องสว่างตั้งเรียงรายเป็นเส้นใยจักรวาลแล้ว สสารมืดก็เป็นส่วนหนึ่งในโครงสร้างเส้นใยจักรวาลเช่นกัน โดยถูกเรียกว่า "Dark Thread" นักดาราศาสตร์ประมาณว่าสสารมืดมีอยู่ประมาณ 85% ของสสารทั้งหมดในเอกภพ มีเพียงแรงโน้มถ่วงเท่านั้นที่สสารมืดจะทำอันตรกิริยาด้วย
ปัจจุบันโมเดล Physarum-based Algorithm ได้พัฒนาโมเดลใหม่เรียกว่า Monte Carlo Physarum Machine เมื่อนักวิจัยได้จำลองโครงสร้างของเส้นใยจักรวาลใหม่อีกครั้ง โดยคำนึงถึงสสารมืดด้วยพบว่าผลที่ได้มีความคล้ายคลึงกับโครงสร้างเส้นใยจักรวาลของงานวิจัยก่อนหน้าอย่างมาก (Tight Correlation) ทำให้ภายหลังการปรับค่าพารามิเตอร์ให้เหมาะสมเพื่อให้โมเดลสอดคล้องกันก็เป็นเรื่องที่ง่ายขึ้น
บทสรุป
ถึงแม้สิ่งต่าง ๆ ในธรรมชาติจะดูเหมือนไม่มีความเกี่ยวข้องกัน แต่กระบวนการบางอย่างก็เหมือนกันอย่างน่าประหลาด มนุษย์มีสติปัญญาสามารถเฝ้าสังเกต หยิบหาความสัมพันธ์นั้นออกมาและอธิบายธรรมชาตินั้นให้ชัดเจนยิ่งขึ้น ถ้าถามผมว่าทำไมถึงชอบวิทยาศาสตร์มาก ๆ บทความนี้คงเป็นคำตอบของคำถามนี้ได้เป็นอย่างดี
เรียบเรียงโดย Einstein@min | thaiphysicsteacher.com
Sources:
[1] Astronomers use slime mold model to reveal dark threads of the cosmic web. phys.org, 2020 : https://phys.org/news/2020-03-astronomers-slime-mold-reveal-dark.html
[2] Revealing the Dark Threads of the Cosmic Web. iop, 2020 : https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab700c
[3] Physarum polycephalum. wiki, 2020 : https://en.wikipedia.org/wiki/Physarum_polycephalum
[4] Slime Mold Grows Network Just Like Tokyo Rail System. wired, 2020 : https://www.wired.com/2010/01/slime-mold-grows-network-just-like-tokyo-rail-system/
[5] Slime mold. wiki, 2020 : https://en.wikipedia.org/wiki/Slime_mold
ติดตามผ่านช่องทางอื่น ๆ ได้ที่

ดูเพิ่มเติมในซีรีส์

โฆษณา