จากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถึงคลื่นความโน้มถ่วง

ในคริสตวรรษที่ 17-18 ได้มีนักวิทยาศาสตร์มากมายค้นพบและอธิบายปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก ซึ่งก่อนหน้านั้นยังแยกเป็นสองสาขาวิชาที่ไม่คิดว่ามีความเกี่ยวข้องกัน จนกระทั้งมีนักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบความสัมพันธ์ของสองปริมาณนี้ เช่น ฮานส์ คริสเตียน เออสเตด(Hans Christian Ørsted) ค้นพบการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลในเส้นลวด  หรือ อังเดร มารี แอมแปร์ (Andre Marie Ampere ) ค้นพบสมการความสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กกับฟลักซ์ไฟฟ้า
ส่วน ไมเคิล ฟาราเดย์  (Michael Faraday) ก็ได้ค้นพบกฎการเหนี่ยวนำ จากการสังเกตการเคลื่อนที่ของแท่งแม่เหล็กไปในขดลวดทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า หรือแม้กระทั้ง โยฮันน์ คาร์ล เฟรดริช เกาส์ ( Johann Carl Friedrich Gauss) ที่ค้นพบกฎของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า
​         อันเป็นพื้นฐานสำคัญที่ทำให้นักฟิสิกส์อัจฉริยะแห่งยุคนั้นได้รวบรวมและดัดแปลงแนวความคิดของนักฟิสิกส์ก่อนหน้านั้นมาเป็นชุดสมการที่มีความสำคัญมากในปัจจุบัน 

​             บุคคลนั้นคือ เจมส์ คลาก แม็กเวลล์ (Jame Clerk Maxwell) เขาได้สร้างทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าในปี พ.ศ. 2407 โดยการนำความรู้ของเกาส์ แอมแปร์และฟาราเดย์มาใช้ ซึ่งทฤษฎีของเขาทำนายว่ามีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและแสงก็เป็นหนึ่งในนั้น ทฤษฎีของแมกเวลล์ในตอนแรกยังไม่เป็นที่ยอมรับมากนัก เพราะผู้คนในสมัยยังไม่เข้าใจ จนกระทั้งในปี พ.ศ. 2431 ได้มีนักฟิสิกส์ชื่อ เฮนริช รูดอล์ฟ เฮิร์ต (Heinrich Rudolf Hertz) ได้สร้างเครื่องมือตรวจจับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้เป็นสำเร็จ แต่น่าเสียดายที่ความสำเร็จนี้แมกเวลล์มิได้เห็นด้วยตัวเองเพราะท่านได้เสียชีวิตไปเสียก่อน
​จากการทดลองของเฮิร์ตทำให้ กูลิโม่ มาโคนี (Guglielmo Marcony) นักประดิษฐ์ชาวอิตาลี ได้นำไปประดิษฐ์เครื่องส่งสัญญาณวิทยุ ซึ่งสามารถส่งสัญญาณโดยไม่ได้ต้องใช้สายไฟได้เป็นผลสำเร็จ หลังจากนั้นมาก็มีการพัฒนาด้านการส่งสัญญาณไร้สายในด้านต่าง ๆ จนในปัจจุบัน เช่น การส่งสัญญาณเสียงทางวิทยุ หรือทั้งภาพทั้งเสียงในการส่งสัญญาณโทรทัศน์ และที่จะลืมเสียไม่ได้ก็คือ การส่งข้อมูลมัลติมีเดียต่างๆ ของโทรศัพท์ที่พวกเราใช้กันทุกวันนี้ 

               ในส่วนของคลื่นโน้มถ่วง ก็มีประวัติคล้ายๆ กับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยผู้ค้นพบและรวบรวมดัดแปลงทฤษฎีก็คือ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) เจ้าของรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์และบุคคลแห่งศตวรรษของนิตยสาร Time  โดยไอน์สไตน์ได้พัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General theory of relativity ) ขึ้น ซึ่งเขาได้บอกกับทุกคนว่า ทฤษฎีนี้เขาได้ไม่ได้คิดมาเองทั้งหมด แต่ได้นำความรู้ของนักวิทยาศาสตร์สมัยก่อนมาใช้ดังคำพูด ("The four men who have laid the foundations of physics on which I have been able to construct my theory are Galileo, Newton, Maxwell and Lorentz.")

             ซึ่งก็คือความรู้ของ กาลิเลโอ นิวตัน แมกเวลล์และลอเรนซ์ เป็นพื้นฐานสำคัญของทฤษฎีนี้นั่นเอง และผลของทฤษฎีนี้ทำนายว่ามีคลื่นความโน้มถ่วงอยู่ จึงทำให้ นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก พยายามทดลองตรวจวัดหาคลื่นนี้กันเรื่อยมา แม้จะมีผลการวัดที่พิสูจน์ว่าคลื่นความโน้มถ่วงมีจริง แต่ก็ยังเป็นการพิสูจน์ทางอ้อมอยู่ โดยเป็นผลจากการศึกษาดาวนิวตรอนคู่ของนักฟิสิส์รางวัลโนเบล รัซเซล ฮัลส์ (Russell Hulse) และโจเซฟ เทย์เลอร์ (Joseph Taylor) ที่คำนวณและสังเกตพบว่า ดาวทั้งสองดวงคลื่นที่เข้าหากันเพราะสูญเสียพลังงานเนื่องจากการแผ่รังสีคลื่นความโน้มถ่วง

           จนเมื่อวันที่ 14 กันยายน พ.ศ. 2558 ห้องสังเกตการณ์LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) ได้ตรวจจับคลื่นนี้ได้ โดยคลื่นความโน้มถ่วงนี้เกิดจากการรวมกันของหลุมดำคู่ที่โคจรรอบกัน

     สำหรับเจ้าเครื่องมือนี้เรียกว่า interferometer เป็นเครื่องมือที่ใช้แสงเลเซอร์แยกออกเป็นสองทิศทางที่ตั้งฉากแล้วสะท้อนกลับมารวมกันอีกรอบ ถ้าระยะทางของทั้งสองทางที่แยกกันมีความยาวเท่ากัน แสงที่มารวมกันจะมีเฟสตรงกันข้าม นั่นก็คือ แสงจะหักล้างกันจนมองไม่เห็น แต่ถ้าระยะทางทั้งสองไม่เท่ากันก็จะปรากฏแสงขึ้น ซึ่งความละเอียดของเครื่องมือชนิดนี้จะค่อนข้างมาก เพราะแสงเลเซอร์เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวต่ำ (ความถี่สูง) แต่ก็ยังไม่พอเพียงต่อความสามารถในการวัดคลื่นความโน้มถ่วงได้ จึงทำให้ LIGO ต้องสร้างเครื่องมือชนิดนี้ขนาดใหญ่ โดยระยะทางที่ให้แสงสะท้อนกลับยาวถึง 4 กิโลเมตร และเพื่อลดความคลาดเคลื่อนจากสัญญาณรบกวน จึงได้สร้างไว้สองที่ด้วยกัน คือ เมืองหลุยเซียน่า และวอชิงตัน ประเทศสหรัฐอเมริกา

             ต่อจากนี้เราอาจคาดเดาไม่ได้ว่า ผลจากการค้นพบนี้จะมาช่วยสิ่งใดบนโลกเรา เปรียบเสมือนสมัยก่อน เราคงไม่รู้ว่าเราจะคุยกับคนที่อยู่คนละซีกโลกได้ด้วยอุปกรณ์ที่เล็กเพียงฝามือ หรือเห็นภาพการแสดงต่างๆ จากอีกซีกโลกหนึ่งได้ในช่วงเวลาเดียวกันได้

1.       http://www.vcharkarn.com/varticle/504278
2.       http://www.narit.or.th/index.php/astronomy-news/2427-ligo-gravitational-wave-gw150914
3.       http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=1203114