‘วิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่’
สามารถให้ความกระจ่างเกี่ยวกับสสารมืดและธรรมชาติของจักรวาลได้หรือไม่?
เว็บสล็อตแท้ การเชื่อมต่อควาร์กกับจักรวาล: สิบเอ็ดคำถามวิทยาศาสตร์สำหรับศตวรรษใหม่ โดยคณะกรรมการฟิสิกส์ของจักรวาล สภาวิจัยแห่งชาติของสถาบันการศึกษาแห่งชาติ
National Academies Press: 2003. 222 หน้า $39, £27.95
มองหาเบาะแส: หอดูดาว Sudbury Neutrino ในแคนาดาให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับธรรมชาติของจักรวาล เครดิต: LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LAB
นักดาราศาสตร์มักจะเป็น ‘ผู้ใช้’ ฟิสิกส์ แต่ตอนนี้พวกเขากลับมาชมเชยอีกครั้ง พวกเขาสามารถค้นพบฟิสิกส์ใหม่โดยการตรวจสอบสภาวะที่รุนแรงมากกว่าที่เคยเกิดขึ้นในห้องทดลองที่มีพันธะกับโลก: ดาวนิวตรอนและซุปเปอร์โนวามีความหนาแน่นและอุณหภูมิที่สูงมาก และรังสีคอสมิกมีพลังงานมากกว่าที่สามารถทำได้ในพื้นดินที่ใหญ่ที่สุดหลายล้านเท่า คันเร่ง มีความเชื่อมโยงที่เพิ่มขึ้นระหว่างวิทยาศาสตร์ที่มีขนาดใหญ่มากและขนาดเล็กมาก ระหว่างจักรวาลและจุลภาค ความก้าวหน้าที่ทำให้ดีอกดีใจได้เกิดขึ้นแล้ว: ความก้าวหน้าล่าสุดในจักรวาลวิทยาจะเป็นบทที่นำไปสู่ยุคสมัยเมื่อประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ในทศวรรษนี้ถูกเขียนขึ้น
การเชื่อมโยงควาร์กกับจักรวาลเขียนขึ้นโดยคณะผู้เชี่ยวชาญ โดยมี Michael Turner แห่งมหาวิทยาลัยชิคาโกเป็นประธาน ซึ่งมีหน้าที่ประเมินความท้าทายและโอกาสที่สำคัญในส่วนต่อประสานทางวิทยาศาสตร์เหล่านี้ พวกเขาชนะรายการคำถามสำคัญ 11 ข้อ และเสนอคำแนะนำเกี่ยวกับวิธีการจัดการกับพวกเขา
หัวข้อของคำถามคือ “สสารมืดคืออะไร” กาแล็กซีและกระจุกดาราจักรจะแยกออกจากกันหากไม่ได้จับกันด้วยแรงดึงดูดของสสารมืด ซึ่งมีมวลมากกว่าอะตอมธรรมดาที่ประกอบเป็นดาว ดาวเคราะห์ และก๊าซถึงห้าเท่า สสารมืดประกอบด้วยอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้าที่รอดชีวิตจากเอกภพยุคแรกที่ร้อนจัด การระบุอนุภาคเหล่านี้ไม่เพียงแต่ทำให้ชัดเจนว่าจักรวาลประกอบด้วยอะไร แต่ยังเผยให้เห็นอนุภาคชนิดใหม่อีกด้วย ความสำคัญของการค้นหาอนุภาคดังกล่าวเป็นแรงผลักดันให้พัฒนาห้องปฏิบัติการใต้ดินต่อไป การวัดนิวตริโนจากดวงอาทิตย์ใต้ดินได้นำไปสู่การค้นพบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในฟิสิกส์อนุภาคในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา – นิวตริโนมีมวลมากกว่าศูนย์
ความลำเอียงในเรื่องเหนือปฏิสสาร
ในจักรวาลจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อจำนวนแบริออน – จำนวนควาร์กลบด้วยจำนวนแอนติควาร์ก – ไม่คงที่อย่างแน่นอน ข้อเสียของการไม่อนุรักษ์จำนวนแบริออนนี้คือโปรตอนสามารถสลายตัวได้ (ความไม่แน่นอนของโปรตอนเป็นอีกหนึ่งคำถามสำคัญที่พิจารณา) กระบวนการที่เชื่องช้าอย่างไม่น่าเชื่อนี้ — อาจจะเป็นการสลายตัวหนึ่งครั้งต่อปีในถังขนาด 1,000 ตัน — เป็นอีกทางเลือกหนึ่งสำหรับการทดลองในห้องปฏิบัติการใต้ดิน
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความลึกลับที่น่าสับสนยิ่งขึ้นได้เกิดขึ้น: 70% ของพลังงานมวลจักรวาลดูเหมือนจะไม่อยู่ในอะตอมหรือในสสารมืด แต่แฝงตัวเป็น ‘พลังงานมืด’ ในพื้นที่ว่าง ที่เกี่ยวข้องกับพลังงานนี้เป็นแรงกดดันด้านลบ ตามคำกล่าวของไอน์สไตน์ สิ่งนี้ทำให้เกิด ‘การต้านแรงโน้มถ่วง’ ทำให้เกิดการเร่งความเร็วของจักรวาล ธรรมชาติของพลังงานมืด—อีกคำถามหนึ่งในหนังสือเล่มนี้—สามารถตรึงไว้ได้ด้วยการวัดความสัมพันธ์ระหว่าง redshift กับระยะทางอย่างระมัดระวังมากขึ้น ซึ่งเป็นงานที่ต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ที่สามารถตรวจจับซุปเปอร์โนวาที่อยู่ห่างไกลจำนวนมากได้
อีกคำถามคือ “ไอน์สไตน์มีคำสุดท้ายเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงหรือไม่” ไอน์สไตน์ได้รับการพิสูจน์อย่างน่าประทับใจโดยการทดสอบที่มีความแม่นยำสูงภายในระบบสุริยะ โดยเลนส์โน้มถ่วงและโดยการศึกษาพัลซาร์ อย่างไรก็ตาม การทดสอบเหล่านี้เกี่ยวข้องกับขีดจำกัด ‘สนามอ่อน’ โดยที่ทฤษฎีของไอน์สไตน์ปรับเปลี่ยนค่าของนิวตันเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ไอน์สไตน์คาดการณ์ว่าหลุมดำควรเป็นวัตถุที่ได้มาตรฐาน โดยมีลักษณะเฉพาะด้วยตัวเลขสองตัวเท่านั้น คือ มวลและสปิน และอธิบายได้อย่างแม่นยำด้วยสมการที่ Roy Kerr อธิบายในตอนแรก แต่เราไม่มีหลักฐานโดยตรงที่แสดงว่าเป็นเช่นนั้น ในการทดสอบแรงโน้มถ่วงรุนแรง เราต้องตรวจจับ (และจำลอง) คลื่นความโน้มถ่วงจากหลุมดำที่ชนเข้าด้วยกัน และศึกษาการแผ่รังสีจากแก๊สที่หมุนวนในบริเวณที่มีความเข้มสูง หรือพลังงานที่สกัดจากรูหมุนเอง เรารู้ว่าไอน์สไตน์
มีมิติเชิงพื้นที่พิเศษนอกเหนือจากสามที่เราคุ้นเคยหรือไม่? ตามทฤษฎีสตริง สิบมิติอาจมีบทบาทในเอกภพยุคแรกสุด แต่ถ้าเป็นเช่นนั้น เหตุใดจึงขยายเพียงสามมิติ การสังเกตการณ์ทางจักรวาลวิทยา โดยเฉพาะการแผ่รังสีพื้นหลังไมโครเวฟ อาจให้เบาะแสได้ บางทีอาจจำเป็นต้องใช้ฟิสิกส์ใหม่ ไม่เพียงแต่ในกรณีที่ความโค้งของกาลอวกาศมีขนาดใหญ่เท่านั้น แต่เมื่ออนุภาคเคลื่อนที่เร็วมากด้วย โพรบที่ดีที่สุดสำหรับเอฟเฟกต์ดังกล่าวคือรังสีคอสมิกที่มีพลังมากที่สุด ซึ่งมีความเร็วแตกต่างจากแสงเพียง 1 ส่วนใน 10 22 . กลุ่มสว่านในอาร์เจนตินาซึ่งขณะนี้อยู่ระหว่างการก่อสร้างน่าจะสามารถรวบรวมวันที่เพียงพอเพื่อแก้ไขปัญหาบางอย่างที่ไม่แน่นอนอย่างยั่วเย้ามาหลายปีแล้ว
จุดสนใจของหนังสือเล่มนี้คือ ‘วิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่’ — ยานอวกาศ เครื่องเร่งความเร็ว และกล้องโทรทรรศน์ แต่เป็นเรื่องน่ายินดีที่คำถามพื้นฐานบางคำถามยังคงสามารถแก้ไขได้ด้วยการทดลองบนโต๊ะ ตัวอย่างเช่น เครื่องชั่งทอร์ชันที่ออกแบบมาอย่างชาญฉลาดสามารถทดสอบกฎกำลังสองของแรงโน้มถ่วงแบบผกผันกับมาตราส่วนน้อยกว่าหนึ่งมิลลิเมตร ซึ่งจำกัดมาตราส่วนที่สามารถห่อหุ้มมิติเชิงพื้นที่เพิ่มเติมได้ เว็บสล็อตแท้
