ไอน์สไตน์ผ่านการทดสอบในระดับที่ใหญ่ขึ้นไปอีก
แรงโน้มถ่วงกำกับเอกภพที่เราเห็นในทุกวันนี้ แรงดึงได้เปลี่ยนความแตกต่างอันน้อยนิดของปริมาณสสารที่มีในเอกภพยุคต้น ให้กลายเป็นกระจุกกาแลคซีที่ละลานตา และโครงสร้างที่พาดอยู่ทั่วอวกาศ การศึกษาครั้งสำคัญที่ใช้ข้อมูลจากเครื่องมือ Dark Energy Spectroscopic Instrument(DESI) ทำแผนที่การเจริญของโครงสร้างในอวกาศนี้ตลอดช่วง 11 พันล้านปีที่ผ่านมา ได้ให้การทดสอบแรงโน้มถ่วงในระยะทางที่ไกลที่แม่นยำที่สุดเท่าที่เคยทำมา
DESI เป็นความพยายามในระดับนานาชาติที่มีนักวิจัยมากกว่า 900 คนจากสถาบันมากกว่า 70 แห่ง ซึ่งประสานงานโดยห้องทดลองแห่งชาติลอว์เรนซ์ เบิร์กลีย์(Berkeley Lab) ของแผนกพลังงาน(Department of Energy) การศึกษาได้ยืนยันว่าแรงโน้มถ่วงมีพฤติกรรมเป็นไปตามที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ได้ทำนายไว้อย่างแม่นยำ
การค้นพบเหล่านี้ยังระบุขีดจำกัดให้กับทฤษฎีทางเลือกเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงแบบปรับแต่ง ซึ่งนักวิทยาศาสตร์สร้างขึ้นเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ประหลาดอย่างการขยายตัวของเอกภพด้วยความเร่ง ซึ่งเชื่อมโยงกับพลังงานมืด
สัมพัทธภาพทั่วไปถูกทดสอบเป็นอย่างดีในระดับของระบบสุริยะ แต่เราก็ยังต้องการทดสอบสมมุติฐานของเราในระดับที่ใหญ่ขึ้นไปอีก Pauline Zarrouk นักเอกภพวิทยาที่ศูนย์เพื่อการวิจัยวิทยาศาสตร์แห่งชาติฝรั่งเศส(CNRS) ซึ่งนำทีมร่วมในการวิเคราะห์นี้ การศึกษาอัตราที่กาแลคซีก่อตัวขึ้นได้ช่วยให้เราได้ทดสอบทฤษฎีได้โดยตรง และก็บอกว่าสอดคล้องกับสิ่งที่สัมพัทธภาพทั่วไปได้ทำนายไว้ในระดับเอกภพวิทยา
ประวัติความเป็นมาของเอกภพ ตั้งแต่บิ๊กแบงจนถึงปัจจุบันซึ่งพบว่าเอกภพกำลังขยายตัวเร็วขึ้น(มีความเร่ง)
สัมพัทธภาพทั่วไปอาจเป็นคำอธิบายที่ดีที่สุดที่เรามีเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง แต่มันก็ยังไม่สามารถอธิบายได้ซะทุกๆ อย่างในเอกภพ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การขยายตัวของเอกภพด้วยความเง และผลการดึงดูดของสสารมืด การขยายตัวด้วยความเร่งเป็นผลจากแรงที่เรียกว่า พลังงานมืด ซึ่งไม่สามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลองเอกภพวิทยาที่มีรากฐานจากสัมพัทธภาพทั่วไป(เรียกว่า Lambda Cold Dark Matter; LCDM)
ความล้มเหลวในการจัดการกับพลังงานมืด ทำให้นักวิทยาศาสตร์บางส่วนเสนอทางออกให้กับสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งโดยตัวมันเองแล้วมีพื้นฐานจากการปรับทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตันเอง ทฤษฎีทางเลือกเหล่านี้ถูกเรียกรวมๆ ว่า ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงแบบปรับแต่ง(modified theory of gravity) และอธิบายการสำรวจเอกภพโดยไม่จำเป็นต้องเพิ่มตัวแปรอย่างพลังงานมืดเข้ามา
การศึกษายังให้ขีดจำกัดมวลสูงสุดของนิวตริโน(neutrinos) ซึ่งเป็นอนุภาคมูลฐานเพียงชนิดเดียวที่ยังไม่ทราบค่ามวลที่แม่นยำ การทดลองนิวตริโนก่อนหน้านี้พบว่า มวลรวมของนิวตริโนทั้งสามชนิดน่าจะมีอย่างน้อย 0.059 e V/c^2 เมื่อเทียบแล้ว อิเลคตรอนมีมวลที่ราว 511,000 e V/c^2 ผลสรุปจาก DESI บ่งชี้ว่ามวลรวมน่าจะน้อยกว่า 0.071 e V/c^2 เหลือช่วงมวลนิวตริโนที่แคบลง
กลุ่มความร่วมมือ DESI โพสผลสรุปในรายงาน 3 ฉบับที่ยังไม่ผ่านพิชญพิจารณ์โพสบนเวบ arXiv การวิเคราะห์ที่ซับซ้อนใช้กาแลคซีและเควซาร์(quasars; ใจกลางของกาแลคซีที่สว่างมากเมื่อได้รับพลังจากหลุมดำยักษ์ในใจกลาง) 5.7ล้านแห่ง และมองย้อนกลับไปถึง 11 พันล้านปีก่อน ด้วยข้อมูลเพียงหนึ่งปี DESI ก็ตรวจสอบอัตราการเจริญของโครงสร้างได้อย่างแม่นยำที่สุด แม่นยำกว่าความพยายามก่อนหน้านี้ที่ใช้เวลาหลายทศวรรษ
ใยเอกภพ
ผลสรุปที่ได้ใหม่มาจากการวิเคราะห์ข้อมูลปีแรกของ DESI ในภาคขยาย ซึ่งในเดือนเมษายนได้ทำแผนที่เอกภพในแบบสามมิติที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยทำมา และเผยให้เห็นร่องรอยว่าพลังงานมืดอาจจะพัฒนาไปตามเวลา ผลจากเดือนเมษายนมองเฉพาะแต่รายละเอียดพิเศษว่ากาแลคซีกระจุกกันอย่างไร ในสิ่งที่เรียกว่า baryon acoustic oscillation(BAO)
แต่การวิเคราะห์ใหม่เรียกได้ว่าเป็นการวิเคราะห์แบบเต็มรูปแบบ ขยายขอบเขตเพื่อสกัดข้อมูลจากข้อมูลดิบให้ได้มากขึ้น ตรวจสอบว่ากาแลคซีและสสารกระจายในระดับต่างๆ ทั่วอวกาศอย่างไรบ้าง การศึกษาต้องการเวลาวิเคราะห์เพิ่มเติมและการตรวจสอบไขว้ และก็เช่นเดียวกับการศึกษาก่อนหน้านี้ มันใช้เทคนิคเพื่อซ่อนผลจากนักวิทยาศาสตร์ไว้จนสิ้นสุด เพื่อลบอคติใดๆ ที่อาจมี
ทั้งผลสรุป BAO และแบบเต็มรูปแบบนั้นมีความพิเศษ Dragan Huterer ศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยมิชิกัน และผู้นำร่วมทีม DESI ที่แปลข้อมูลเอกภพวิทยานี้ กล่าว นี่เป็นครั้งแรกที่ DESI พิจารณาการเติบโตของโครงสร้างในเอกภพ เรากำลังแสดงให้เห็นความสามารถใหม่ๆ ในการตรวจสอบ(แบบจำลอง) แรงโน้มถ่วงแบบปรับแต่ง และช่วยตีวงแบบจำลองพลังงานมืดของเรา และมันก็เพิ่งเป็นเพียงยอดของภูเขาน้ำแข็งเท่านั้น
DESI เป็นเครื่องมือที่ออกแบบมาเป็นพิเศษซึ่งสามารถจับแสงจากกาแลคซี 5000 แห่งได้พร้อมๆ กัน เครื่องมือถูกสร้างและดำเนินงานโดยเงินทุนจาก DOE Office of Science DESI ติดตั้งบนกล้องโทรทรรศน์มายัลขนาด 4 เมตรที่หอสังเกตการณ์แห่งชาติคิตต์พีค ขณะนี้ การทดลองเข้าสู่ปีที่สี่ในห้าปี สำรวจท้องฟ้าและวางแผนที่จะรวบรวมกาแลคซีและเควซาร์ราว 40 ล้านแห่งเมื่อโครงการจบสิ้น
สัดส่วนองค์ประกอบสสารและพลังงานทั้งหมดในเอกภพ
ขณะนี้ กลุ่มความร่วมมือกำลังวิเคราะห์ข้อมูลที่รวบรวมได้จากช่วงสามปีแรก และคาดว่าจะนำเสนอการตรวจสอบพลังงานมืดและการขยายตัวของเอกภพด้วยความเร่งที่ปรับปรุงในกลางปี 2025 ผลสรุปเชิงขยายของ DESI ที่เผยแพร่ล่าสุดนั้นสอดคล้องกับการเผยแพร่ในเบื้องต้นก่อนหน้านี้ซึ่งบอกถึงพลังงานมืดที่มีการเปลี่ยนแปลง
Mark Maus นักศึกษาปริญญาเอกที่เบิร์กลีย์ แลป และยูซีเบิร์กลีย์ ซึ่งทำงานทั้งภาคทฤษฎีและปรับแต่งแบบจำลองเพื่อการวิเคราะห์นี้ กล่าวว่า สสารมืดประกอบอยู่ถึงหนึ่งในสี่ของเอกภพ และพลังงานมืดก็มีอีก 70% ส่วนที่เหลืออีกราว 5% ก็เป็นสสารที่เราเห็นในชีวิตประจำวันซึ่งเป็นดาวฤกษ์, ดาวเคราะห์ และทุกๆ สิ่งที่เรามองเห็นรอบตัว และเราก็ยังไม่รู้เลยว่าพวกมันทั้งคู่เป็นอะไรกันแน่ แนวคิดที่เราจะได้ภาพเอกภพและตีปัญหาใหญ่เหล่านี้ให้แตกได้ เป็นเรื่องที่น่าตื่นตะลึง
แหล่งข่าว scitechdaily.com : DESI tests Einstein’s theory of relativity across 11 billion years of cosmic history
space.com : “mind-blowing” dark energy instrument results show Einstein was right about gravity – again
sciencealert.com : Einstein’s most famous theory just passed its biggest challenge ever
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
