Newsletter subscribe
Tag: คลื่นความโน้มถ่วง

กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#24 รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลตอนที่ 3 CMB Polarization

Posted: 24/10/2020 at 15:28   /   Origin and Evolution of The Universe, Universe

รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (Cosmic Microwave Background: CMB) universeadventage.org ในช่วง 380,000 ปีแรกหลังการระเบิดบิกแบง (Big Bang) จักรวาลร้อนและมีความหนาแน่นสูงมาก จนสสารและอนุภาคของแสงหรือโฟตอนทั้งหมดดำรงอยู่ในสถานะพลาสม่า (plasma) ในช่วงเวลานี้โฟตอนไม่สามารถเดินทางผ่านพลาสม่าได้โดยไม่ถูกรบกวน เนื่องจากโฟตอนชนกับอนุภาคของสสารที่มีประจุไฟฟ้าที่วิ่งอยู่อย่างอิสระอยู่ตลอดเวลาซึ่งส่วนใหญ่เป็นอิเล็กตรอนและโปรตอน ในปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “การกระเจิงของทอมป์สัน (Thomson scattering)” ทำให้โฟตอนไม่สามารถเคลื่อนที่ไปได้ไกล เป็นผลให้จักรวาลในช่วงเวลานี้ทึบแสง ต่อมา 380,000 ปีหลังจากการระเบิด Big Bang จักรวาลเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ 3,000 เคลวิน (2,727 องศาเซลเซียส) ทำให้อิเล็กตรอนถูกดึงเข้ามาอยู่ในวงโคจรของนิวเคลียส เกิดการรวมตัวเป็นอะตอมของธาตุ (Recombination) ซึ่งเป็นอะตอมของธาตุไฮโดรเจน (75%) และฮีเลียม (25%) อันเป็นองค์ประกอบส่วนใหญ่ของธาตุทั้งหมดในจักรวาล ซึ่งทั้งหมดอยู่ในสถานะก๊าซ ส่งผลให้โฟตอนผ่านไปโดยไม่กระเจิง เกิดแสงแรกในจักรวาลที่แผ่ออกไป นี้คือสิ่งที่เราเห็นเป็นรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (Cosmic Microwave Background) เรียกย่อๆว่า CMB และจักรวาลกลายเป็นโปร่งใส รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล เป็นความร้อนที่หลงเหลืออยู่จากการระเบิดครั้งใหญ่ หรือเป็นเสียงสะท้อนของบิกแบง (Echo of Big […]

No Comments read more

กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#23 แหล่งกำเนิดและประเภทของคลื่นความโน้มถ่วง

Posted: 17/10/2020 at 15:13   /   Origin and Evolution of The Universe, Universe

คลื่นความโน้มถ่วง (Gravitational Waves) คลื่นความโน้มถ่วง (Gravitational waves) คือ ระลอกคลื่นในอวกาศ-เวลา (ripples in space-time) ซึ่งเกิดจากเหตุการณ์ที่รุนแรงในจักรวาล เช่น การรวมตัวของหลุมดำไบนารีหรือดาวนิวตรอนไบนารี คลื่นความโน้มถ่วงเป็นคำทำนายที่สำคัญของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (Theory of general relativity) ที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) เสนอในปี 1915 ไอน์สไตน์ทำนายว่ามีบางสิ่งพิเศษเกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของวัตถุมวลมาก 2 มวล เช่น หลุมดำหรือดาวนิวตรอน ที่โคจรรอบกันและกันมารวมตัวกัน  เขาเชื่อว่าเหตุการณ์แบบนี้อาจทำให้เกิดแรงกระเพื่อมในอวกาศ-เวลา ระลอกคลื่นเหล่านี้ซึ่งเดินทางด้วยความเร็วแสงจะกระจายออกไปเหมือนระลอกคลื่นในสระน้ำเมื่อก้อนหินถูกโยนลงไป  เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่า มีคลื่นความโน้มถ่วงขนาดเล็กจำนวนมากเดินทางผ่านทั่วจักรวาลตลอดเวลา แม้นว่าแหล่งที่มาของคลื่นความโน้มถ่วงที่ใหญ่ที่สุด เช่น การชนกันของหลุมดำแบบหายนะ จะทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วงที่ทรงพลังมหาศาล แต่เนื่องจากคลื่นนี้จะมีขนาดเล็กและอ่อนตัวลงไปตามเวลา เมื่อเดินทางมาถึงโลกพวกมันจะมีขนาดเล็กกว่านิวเคลียสของอะตอมหลายพันเท่า เล็กกว่านิวเคลียสของอะตอม เป็นเวลาหลายสิบปีที่ความสามารถในการวัดขนาดเล็กเช่นนี้เป็นไปไม่ได้   หอดูดาว LIGO (npr.org) มีความพยายามมากมายในการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง ในอดีตนักวิทยาศาสตร์ตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงด้วยวิธีทางอ้อมจากพัลซาร์ (pulsar) ซึ่งเป็นดาวนิวตรอนประเภทหนึ่งที่หมุนรอบตัวเองด้วยความเร็วสูงมากและมีสนามแม่เหล็กที่ทรงพลัง จนกระทั่งในปี 2015 มีการตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงโดยตรงบนโลกได้เป็นครั้งแรก […]

No Comments read more

กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#17 ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ตอนที่ 6 Gravitational Waves (2)

Posted: 11/09/2020 at 23:32   /   Origin and Evolution of The Universe, Universe

เมื่อ 100 ปีที่ผ่านมา ไอน์สไตน์ได้ทำนายการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง (gravitational waves) ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (Theory of general relativity, 1915) คลื่นเหล่านี้เกิดจากการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของวัตถุมวลมาก 2 มวลที่โคจรรอบกันและกัน เช่น หลุมดำหรือดาวนิวตรอน มารวมตัวกัน เมื่อปี 1993 นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ Russell Hulse และ Joseph Taylor ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์สำหรับการค้นพบหลักฐานทางอ้อมที่สนับสนุนการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง การหมุนรอบตัวเองของพัลซาร์ (pulsars) ทำให้เราที่อยู่บนโลกสามารถสังเกตุเห็นลำแสงของคลื่นวิทยุที่ถูกปลดปล่อยออกมาจากพัลซาร์เป็นช่วงจังหวะสม่ำเสมอ ด้วยเหตุนี้พัลซาร์จึงได้ชื่อว่าเป็นนาฬิกาในธรรมชาติที่ดีที่สุดของจักรวาล นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ทั้งสองใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุเฝ้าติดตามการปล่อยคลื่นวิทยุหรือ “radio plus” ของพัลซาร์ในระบบดาวคู่ Hulse-Taylor Binary พวกเขาพบว่าคาบการโคจร (orbital period) ที่ดาวทั้งสองโคจรรอบกันและกันลดลงตลอดเวลา แสดงถึงการเกิด “orbital decay” การค่อยๆลดลงของระยะห่างระหว่างดาวทั้งสอง เนื่องจากการสูญเสียพลังงานในรูปของคลื่นความโน้มถ่วงที่ถูกปลดปล่อยออกมา อัตราการสูญเสียพลังงานตรงกันกับที่ไอน์สไตน์ให้ไว้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ตั้งแต่นั้นมานักวิทยาศาสตร์หลายคนได้ศึกษาการปลดปล่อยคลื่นวิทยุของพัลซาร์ในระบบดาวคู่นิวตรอนอื่นๆ และพบผลลัพธ์ที่คล้ายกัน ถึงแม้นว่า Binary pulsars จะยืนยันการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง แต่มันเป็นวิธีการตรวจจับโดยทางอ้อม ซึ่งได้กระตุ้นให้เกิดการการค้นหาเพิ่มเติมโดยนักวิทยาศาสตร์หลายๆกลุ่มทั่วโลกตั้งแต่นั้นมา […]

No Comments read more

กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#16 ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ตอนที่ 5 Gravitational Waves (1)

Posted: 11/09/2020 at 22:47   /   Origin and Evolution of The Universe, Universe

คำทำนายสุดท้ายและสำคัญที่สุดในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ (Einstein’s Theory of General Relativity, 1915) คือการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง”Gravitational waves” เมื่อ 100 ปีก่อน และเพิ่งได้รับการยืนยันการมีอยู่จริงของคลื่นนี้จากการตรวจจับโดยตรงเมื่อปี 2015 นักวิทยาศาสตร์ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรกโดย LIGO (Laser Interferometer Gravitational Observatory) คลื่นความโน้มถ่วงแรกที่ตรวจจับได้นี้เกิดขึ้นจากการที่หลุมดำสองอันเคลื่อนที่มาชนและรวมตัวกัน การปะทะกันเกิดขึ้นเมื่อ 1.3 พันล้านปีก่อน แต่ระลอกคลื่นพึ่งเดินทางมาถึงโลกในปี 2015! คลื่นความโน้มถ่วงเป็น ‘ระลอกคลื่น’ ในอวกาศ-เวลา (ripples in space-time) ที่มีกระบวนการกำเนิดที่รุนแรงในจักรวาล ไอน์สไตน์ทำนายการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วงในปี 1915 ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา สมการคณิตศาสตร์ของไอน์สไตน์แสดงให้เห็นว่ามีสิ่งพิเศษเกิดขึ้นในจักรวาล เมื่อวัตถุมวลมากสองอัน เช่น ดาวนิวตรอนหรือหลุมดำที่โคจรรอบกันและกัน เคลื่อนที่เข้าหากันด้วยความเร่ง จนถึงความเร็วสูงสุดในเสี้ยววินาทีสุดท้ายของการมาชนและรวมตัวกัน มวลมหาศาลบางส่วนของพวกมันได้แปรเปลี่ยนไปเป็นพลังงานความโน้มถ่วง (ตามกฎการอนุรักษ์พลังงานและสมการของไอน์สไตน์ E = mc2) และเดินทางออกจากแหล่งกำเนิดแบบแผ่ขยายออกไปทุกทิศทุกทาง ปรากฏการณ์นี้ไปรบกวน fabric ของอวกาศ-เวลา เกิดการกระเพื่อมเป็นระลอกคลื่นของอวกาศ-เวลา เหมือนกับระลอกคลื่นในสระน้ำที่เกิดขึ้นเมื่อมีการโยนหินลงไป เรียกคลื่นที่เกิดขึ้นนี้ว่า คลื่นความโน้มถ่วง […]

No Comments read more