Department of Physics - Srinakharinwirot University

19/10/2020

NARIT สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ

ลองมาดูรีวิวของการไปฝึกงานที่สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ จ.เชียงใหม่นะครับ

โดยเฉพาะนิสิต วท.บ. ชั้นปี 3 ที่กำลังมองหาที่ฝึกงาน และสนใจไปฝึกที่นี่สามารถติดต่อที่อาจารย์รับผิดชอบหลักสูตรได้เลยครับ

📣 NARIT Internship Program กำลังจะกลับมา!

ชวนมาฟัง #รีวิวฝึกงาน สุดเข้มข้นจากน้องๆ ที่มาฝึกประสบการณ์กับ #NARIT เมื่อปีที่แล้ว (รวมถึงอดีตนักศึกษาฝึกงานที่กลายมาเป็นเจ้าหน้าที่ด้วย!) มาดูกันว่ามีงานอะไรที่น่าสนใจบ้างในหน่วยงานดาราศาสตร์ระดับประเทศ ✨

น้องๆ นิสิต นักศึกษา ที่กำลังมองหาที่ฝึกประสบการณ์ใหม่ๆ หากสนใจเข้าสู่วงการดาราศาสตร์ ติดตามรายละเอียดเพิ่มเติมและการเปิดรับสมัครในเร็วๆ นี้ครับ!

#NARITInternshipProgram2020

13/10/2020

ลงทะเบียนเข้าร่วมงาน swu open house 2020 ตามรายละเอียดในโพสต์นี้ แล้วมาสนุกกันกับกิจกรรมของภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มศว นะครับ

#SWUOPH2020 #ทีมมศว

[📣Register : SWU Open House 2020🎡]
🎟วิธีจองตั๋วเข้า The Amazing SWU Land🎢

📣เปิดลงทะเบียนแล้ววันพรุ่งนี้
วันที่ 14 ตุลาคม 2563 เวลา 10.00น. เป็นต้นไป
❗️ปิดลงทะเบียนวันที่ 30 ตุลาคม 2563 เวลา 23.59 น.

📌การลงทะเบียนมีจำนวนจำกัด 8,000 คน/วัน
- หากยอดลงทะเบียนเต็มแล้ว ระบบจะปิดทันที
- หากไม่ลงทะเบียนจะไม่สามารถเข้าร่วมงานได้
- 1 คน ลงทะเบียนได้ 1 ใบ 1 วันเท่านั้น

🎪แล้วมาพบกันวันที่ 7-8 พฤศจิกายน 2563 ณ มหาวิทยาลัย ศรีนครินทรวิโรฒ ประสานมิตร🎠

📌ติดตามข้อมูลข่าวสารได้ที่
Website : openhouse.swu.ac.th
Facebook : SWU Open House
Twitter : @swuopenhouse
Instagram : swuopenhouse
#TheAmazingSWULand #SWULand
#SWUOPH2020 #ทีมมศว

10/10/2020

สมาคมฟิสิกส์ไทย Thai Physics Society

(ต้นฉบับ http://www.thaiphysoc.org/article/293/)

รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี ค.ศ. 2020 ครึ่งหนึ่งเป็นของโรเจอร์ เพนโรส (Roger Penrose) สำหรับการทำนายการเกิดขึ้นของหลุมดำโดยใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป และอีกครึ่งหนึ่งเป็นของ ไรน์ฮาร์ด เกนเซล (Reinhard Genzel) และ แอนเดรีย เกซ (Andrea Ghez) สำหรับการศึกษาและติดตามการโคจรของดาว S2 รอบใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราเพื่อพิสูจน์ว่า วัตถุที่ใจกลางกาแล็กซีนั้นมีมวลมหาศาลอยู่ภายในบริเวณเล็กๆ ซึ่งจะเป็นอย่างอื่นไปไม่ได้นอกจากหลุมดำมวลยิ่งยวด (supermassive black hole)

บางคนอาจจะอุทานว่า หลุมดำอีกแล้ว! เมื่อปี 2017 ก็ให้รางวัลโนเบลกับการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงที่มาจากการรวมตัวกันของหลุมดำ แต่อย่าลืมว่าหลุมดำนั้นเต็มไปด้วยปริศนาทั้งที่มีคำตอบแล้ว และยังไม่มีคำตอบรอการค้นพบอีกหลายอย่าง หลุมดำเป็นวัตถุที่ได้รับความสนใจจากนักฟิสิกส์ทั้งทางทฤษฎีและทั้งทางการสังเกตการณ์โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ สตีเฟน ฮอร์กิง (Stephen Hawking) เคยกล่าวไว้ว่า หลุมดำเป็นวัตถุที่เชื่อมค่าคงตัวพื้นฐานหลักๆของฟิสิกส์ไว้ด้วยกัน ไม่ว่าจะเป็นค่าคงตัวความโน้มถ่วงสากล G, ค่าคงตัวของพลังค์ h ที่เกี่ยวข้องกับทฤษฏีควอนตัม และค่าคงตัวของโบลทซ์มันน์ kB การไขปริศนาของหลุมดำอาจจะนำเราไปสู่การรู้ความลับของเอกภพทั้งหมดได้

1. โรเจอร์ เพนโรส (Roger Penrose) และทฤษฎีภาวะเอกฐาน (singularity)

ผลงานสำคัญของเขาได้รับการตีพิมพ์เผยแพร่ในปี ค.ศ. 1965 ไม่นานหลังจากการค้นพบ ควอซ่า วัตถุท้องฟ้าที่มีความสว่างมาก นักดาราศาสตร์ตั้งสมมติฐานว่าปรากฏการณ์นี้อาจเกิดจากสสารถูกดูดเข้าไปในวัตถุท้องฟ้าที่มีความหนาแน่นมหาศาล การค้นพบนี้ทำให้นักฟิสิกส์กลับมาสนใจคำถามที่ว่าหลุมดำสามารถเกิดขึ้นได้จริงหรือเป็นเพียงแค่ภาพมายาทางคณิตศาสตร์ในทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์เท่านั้น และโรเจอร์ เพนโรส ไม่เพียงแต่แสดงให้เห็นว่าพวกมันเกิดขึ้นได้ แต่มันยังเป็นสิ่งที่ไม่อาจหลีกเลี่ยงได้อีกด้วย

ก่อนหน้างานของเพนโรส นักฟิสิกส์พยายามทำความเข้าใจหลุมดำในแบบที่เรียบง่ายที่สุด หรือ หลุมดำชวาร์สชิลด์ ซึ่งค้นพบโดย คาร์ล ชวาร์สชิลด์ (Karl Scwarzschild) ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1916 ในฐานะคำตอบทางคณิตศาสตร์ของสมการไอน์สไตน์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพอธิบายว่าภายในหลุมดำ หรือถ้าจะให้รัดกุมขึ้นคือภายใต้ผิวของหลุมดำที่เรียกว่า “ขอบฟ้าเหตุการณ์ (event horizon)” อวกาศและเวลามีการบิดโค้งมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่จุดศูนย์กลางของหลุมดำเป็นบริเวณเล็กๆ ที่มี “การบิดโค้งที่เป็นอนันต์” ซึ่งหมายถึงแรงโน้มถ่วงที่มีค่าเป็นอนันต์เช่นกัน สภาวะเช่นนี้นักฟิสิกส์เรียกว่า ภาวะเอกฐาน (singularity) ในปี 1939 เจ โรเบิร์ต ออพเพนไฮเมอร์ และนักศึกษาของเขา ฮาร์ทแลนด์ สไนเดอร์ ได้วิเคราะห์โดยอาศัยทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปและพบว่า ถ้าการยุบตัวของมวลสารเป็นไปในลักษณะที่มีสมมาตรทรงกลม (spherical symmetry) ดาวฤกษ์ที่กำลังยุบตัวจะกลายเป็นหลุมดำ มวลสารของมันจะหลบซ่อนอยู่ภายในขอบฟ้าเหตุการณ์และสร้างภาวะเอกฐานขึ้นที่จุดศูนย์กลางของหลุมดำ จากนั้นดาวจะถูกกลืนเข้าไปในภาวะเอกฐานจนไม่มีสสารเหลืออยู่ทิ้งไว้แต่เพียงเวลาและอวกาศที่บิดโค้งเท่านั้น อย่างไรก็ตามการศึกษาเชิงทฤษฎีนี้อาศัยสมมติฐานสำคัญว่า การยุบตัวมีสมมาตรแบบทรงกลม ซึ่งเป็นเรื่องง่ายในกระดาษทดแต่ยากที่จะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ

ในบทความปี 1965 ของเขา เพนโรสแสดงให้เห็นว่า การเบี่ยงเบนออกจากสมมาตรทรงกลมไม่สามารถป้องกัน ไม่ให้ภาวะเอกฐานเกิดขึ้นได้ หรือพูดอีกลักษณะหนึ่งก็คือ แม้ว่าดาวฤกษ์จะถูกทำให้บิดเบี้ยวผิดรูปไปมันก็จะยังคงยุบตัวลงไปที่จุดเพียงจุดเดียว เพื่อที่จะพิสูจน์สิ่งนี้ เพนโรส ได้นำแนวคิดเรื่อง “ความไม่สมบูรณ์ (incompleteness)” มาใช้อธิบายภาวะเอกฐานของกาลอวกาศ และเขายังได้ประดิษฐ์เครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่า “พื้นผิวกักขังแบบปิด (closed trapped surface)” ซึ่งเป็นแนวคิดสำคัญสำหรับการศึกษาฟิสิกส์ของสนามโน้มถ่วงหลังยุคของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ก่อนที่จะอธิบายแนวคิดสำคัญสองเรื่องนี้ ขออธิบายถึงผลลัพธ์สำคัญบางอย่างที่ได้จาก “ทฤษฎีภาวะเอกฐาน (singularity theorem)” ของเพนโรส

เพนโรสพบว่ามิติของเวลาและมิติของอวกาศที่อยู่ภายในพื้นผิวกักขังมีการสลับบทบาทหน้าที่กัน ทิศทางของเวลามีทิศทางพุ่งเข้าสู่ศูนย์กลางของหลุมดำ นี่คือคำอธิบายว่าทำไมทุกสิ่งหลุดพ้นของฟ้าเหตุการณ์จึงมุ่งตรงเข้าสู่ภาวะเอกฐาน นั่นเป็นเพราะอนาคตของพวกมันอยู่ที่นั่น การหลบหนีออกนอกขอบฟ้าเหตุการณ์เป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้ มันไม่ต่างอะไรกับความพยายามในการย้อนเวลากลับไปหาอดีต ในประเด็นนี้มีเกร็ดประวัติศาสตร์ที่น่าสนใจและควรกล่าวถึงเรื่องหนึ่งที่ก็คือ หลังจากเพนโรสตีพิมพ์ทฤษฎีสภาวะเอกฐานไม่นาน สตีเฟน ฮอว์กิง ก็ได้แรงบันดาลใจจากงานของเพนโรส ทั้งฮอวกิงและเพนโรส (รวมถึงเพื่อนร่วมงานบางคนของฮอว์กิง)ได้ประยุกต์ใช้การวิเคราะห์ลักษณะเดียวกันกับเอกภพทั้งเอกภพ พวกเขาได้แสดงให้เห็นว่า เมื่อมองย้อนกลับไปในอดีต สสารและพลังงานถูกอัดให้รวมกันอยู่อย่างหนาแน่น สภาวะเอกฐานเป็นสิ่งที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ ณ จุดกำเนิดของเอกภพที่เราอ้างถึงในชื่อของ บิกแบง

เรากล่าวถึงภาวะเอกฐานบ่อยครั้งแต่การนิยามภาวะเอกฐานในทฤษฎีสัมพัทธภาพนับเป็นปัญหาที่ยากปัญหาหนึ่ง ตามสามัญสำนึกภาวะเอกฐานเป็นบริเวณที่ความบิดโค้งของอวกาศและเวลามีค่าเป็นอนันต์ แต่ก็ยังมีตัวอย่างของภาวะเอกฐานที่ไม่มีความบิดโค้งของอวกาศ ในทางคณิตศาสตร์ภาวะเอกฐานไม่นับเป็นส่วนหนึ่งของกาลอวกาศซึ่งประกอบขึ้นจากจุดต่างๆ ที่มีพฤติกรรมเป็นแบบปรกติ ความผิดปรกติของภาวะเอกฐานทำให้หลายคนประสบปัญหาในการจำแนกประเภทของพวกมัน อย่างไรก็ตามแทนที่จะพิจารณาจุดใดจุดหนึ่ง เราอาจใช้เส้นโค้ง (curve) มาช่วยในการศึกษา ลองพิจารณานักเดินทางผู้โชคร้ายที่เคลื่อนที่เข้าสู่ภาวะเอกฐาน เส้นทางการเคลื่อนที่ของเขา (world line) อธิบายได้ด้วยเส้นโค้งบนกาลอวกาศ (geodesic curve) เราจะพบว่าพวกเขาเหล่านั้นจะ “หายไป” จากเอกภพของเราภายในช่วงเวลาอันจำกัดค่าหนึ่ง ณ ตำแหน่งที่เป็นภาวะเอกฐาน หรือถ้าเราพิจารณาในทิศทางเวลาที่ย้อนกลับ แนวคิดนี้สามารถอธิบายการ “กำเนิด” ของเอกภพ เพราะสิ่งต่างๆ ล้วนเกิดขึ้นจากไหนก็ไม่รู้ ณ เวลาใดเวลาหนึ่งในอดีต มันจึงสมเหตุสมผลที่จะอ้างถึงภาวะเอกฐานเมื่อไหร่ก็ตามที่อยู่ๆ ก็มีนักเดินทางหายไปจากเอกภพของเรา หรือ ปรากฏตัวขึ้นมาอย่างไม่มีปี่ไม่มีขลุ่ย ภาวะเอกฐานคือความไม่สมบูรณ์ของเส้นโค้งในกาลอวกาศ ทฤษฎีภาวะเอกฐานหลังจากงานของเพนโรสมักจะเป็นการพิสูจน์การมีอยู่ของความไม่สมบูรณ์ของเส้นโค้งที่สั้นที่สุด (the existence of geodesic incompleteness)

นอกจากให้คำนิยามที่สมเหตุสมผลกับภาวะเอกฐานแล้ว เพนโรสได้นิยามสิ่งที่เรียกว่า “พื้นผิวกักขัง” เพื่อใช้อธิบายอิทธิพลของความโน้มถ่วง ในกลศาสตร์ของนิวตันเราสามารถใช้ อัตราเร็วหลุดพ้น กำหนดเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับวัตถุก้อนเล็กๆ ที่ต้องการหลบหนีออกจากอิทธิพลของสนามโน้มถ่วง (ที่แผ่ออกมาจากวัตถุก้อนที่ใหญ่กว่า เช่น ดาวเคราะห์ ดวงอาทิตย์ เป็นต้น) แน่นอนว่ายิ่งสนามโน้มถ่วงมีความเข้มมากขึ้นเท่าไหร่ อัตราเร็วหลุดพ้นยิ่งต้องมีค่าเพิ่มมากขึ้น และอาจเพิ่มเข้าใกล้ค่าอัตราเร็วของแสง ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเรื่องราวจะยิ่งซับซ้อนเพราะสนามโน้มถ่วงสามารถบิดโค้งเส้นทางเดินของแสงได้ เพนโรสจึงต้องใช้อัจฉริยะภาพทางคณิตศาสตร์ของเขาสร้างเครื่องมือที่จะอธิบาย “การหลบหนีออกจากอิทธิพลของสนามโน้มถ่วง” ให้ชัดเจนและรัดกุมยิ่งขึ้น พื้นผิวนี้ต่างกับพื้นผิวธรรมดาซึ่งแสงสามารถผ่านทะลุในทิศทางใดก็ได้ พื้นผิวกักขังแบบปิด เป็นพื้นผิวสองมิติที่ยอมให้แสงเดินทางในทิศทางเดียวคือมุ่งเข้าสู่จุดศูนย์กลาง เพนโรสนิยามพื้นผิวดังกล่าวในลักษณะที่ไม่ขึ้นกับพิกัดและสมมาตรของระบบที่พิจารณา และด้วยเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่กล่าวมานี้ เพนโรส สามารถพิสูจน์ทฤษฏีภาวะเอกฐาน และนำมาสู่ข้อสรุปที่ว่าภาวะเอกฐานเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้สำหรับการยุบตัวภายใต้ความโน้มถ่วง

รางวัลโนเบลของโรเจอร์ เพนโรส ที่ได้รับในปีนี้แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของคณิตศาสตร์ในฐานะเครื่องมือศึกษาธรรมชาติของนักฟิสิกส์ โดยเฉพาะในช่วงเวลาที่เทคโนโลยียังเป็นข้อจำกัดที่ขัดขวางไม่ให้เราสำรวจเอกภพได้อย่างละเอียดในทุกแง่มุม นักฟิสิกส์ยังอาศัยคณิตศาสตร์ยังเป็นเครื่องช่วยนำทางได้

2. ไรน์ฮาร์ท เกนเซล (Reinhard Genzel) และ แอนเดรีย เกซ (Andrea Ghez)

อีกครึ่งหนึ่งของรางวัลโนเบลเป็นของ Reinhard Genzel นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน และ Andrea Ghez นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน ที่ศึกษาวงโคจรของดาวฤกษ์หลายดวงที่โคจรกันอย่างซับซ้อนบริเวณใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก บริเวณที่เรียกว่า Sagittarius A* (Sgr A*) หรือหากมองไปบนท้องฟ้าก็จะอยู่ในกลุ่มดาวคนยิงธนู

ทีมของ Genzel ใช้กล้อง Very Large Telescope (VLT) ตั้งอยู่บนยอดเขาทะเลทราย Atacama ประเทศชิลีในย่านความถี่ของอินฟราเรด (infrared) ซึ่งสามารถมองทะลุไปจนถึงใจกลางกาแล็กซี กล้อง VLT ประกอบด้วยกล้องย่อยจำนวน 4 กล้อง เส้นผ่านศูนย์ 8 เมตร วางห่างกัน 30 – 100 เมตร กล้องทั้งสี่ทำงานพร้อมกันเพื่อประมวลสัญญาณจากคลื่นอินฟราเรดที่มาถึงกล้องพร้อมๆ กันในรูปแบบของ interferometer ซึ่งให้ผลเสมือนมีกล้องขนาดใหญ่เส้นผ่านศูนย์กลาง 100 เมตร

ทีมของ Ghez นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน ใช้กล้องโทรทรรศน์ Keck ตั้งอยู่ที่ยอดเขา Mauna Kea บนรัฐ Hawaii กล้อง Keck ถือเป็นกล้องขนาดใหญ่ในตำนานที่เริ่มใช้ Adaptive Optics (AO) เป็นแห่งแรกของโลกตั้งแต่ประมาณปี ค.ศ. 2001 กล้องโทรทรรศน์ Keck ประกอบด้วยกล้องจำนวน 2 กล้อง แต่ละกล้องประกอบด้วยกระจกเหลี่ยมประกอบเข้าด้วยกันจนมีรัศมีประมาณ 10 เมตร กระจกแต่ละชิ้นสามารถเคลื่อนที่ขึ้นลงเป็นระยะทางเล็กๆ เพื่อปรับโฟกัสของกล้องให้คมชัดที่สุด ระบบ AO จะใช้ระบบเลเซอร์ยิงขึ้นไปบนท้องฟ้า การเทียบแสงจากดวงดาวกับแสงเลเซอร์ที่สะท้อนชั้นบรรยากาศกลับมายังกล้องโทรทรรศน์ทำให้เราทราบความแปรปรวนของชั้นบรรยากาศ ข้อมูลนี้ใช้ในการปรับระยะของกระจกเพื่อหักล้างความแปรปรวนจากชั้นบรรยากาศนั่นเอง ภาพของดาวจะมีความคมชัดขึ้นเป็นอย่างมาก

การเฝ้าสังเกตดาวฤกษ์ดวงนี้เริ่มตั้งแต่ปี 1995 รวมเป็นเวลากว่า 20 ปี เพื่อกำหนดตำแหน่ง ความเร็วตลอดช่วงวงโคจร และมีการอัพเกรดเทคนิคและวิธีการอยู่ตลอดเวลาเพื่อให้การวัดแม่นยำมากขึ้นเรื่อยๆ

ดาวที่สำคัญมากดวงหนึ่งคือ S2 ซึ่งเป็นดาวฤกษ์มวลประมาณ 14 เท่าของมวลดวงอาทิตย์มีสีน้ำเงิน (B-Type) โคจรเป็นวงรีรอบๆ Sgr A* มีคาบการโคจรประมาณ 16 ปี ตำแหน่งการโคจรที่ใกล้ Sgr A* ที่สุด (pericenter) เกิดขึ้นในเดือนกรกฎาคม 2018 ที่ระยะประมาณ 120 a.u. (1 a.u. เทียบเท่าระยะทางจากโลกไปยังดวงอาทิตย์) ซึ่งที่ตำแหน่งนี้ มันมีอัตราเร็วการโคจรถึงประมาณ 7650 กิโลเมตรต่อวินาที หรือประมาณ 2.55% ของความเร็วแสง!

จากการวิเคราะห์วงโคจรแบบวงรีที่มีความแม่นยำ ผสมกับการวัดอัตราเร็วของดาวฤกษ์บริเวณ pericenter บ่งบอกว่าต้องมีแรงดึงดูดมหาศาลจากบริเวณ Sgr A* และเมื่อคำนวณตามสัมพัทธภาพทั่วไปของบริเวณที่มีความโน้มถ่วงสูง พบว่า Sgr A* จะต้องมีมวลถึงประมาณ 4.3 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์! แม้ก่อนหน้านี้จะมีผู้เสนอว่าวัตถุที่ใจกลางอาจไม่ใช่หลุมดำก็ได้ แต่ความแม่นยำจากการเฝ้าสังเกตที่ใช้เวลากว่า 20 ปี ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตัดความเป็นได้อื่นๆ ออกไปทั้งหมด และสรุปได้ว่า Agr A* จะต้องเป็นหลุมดำมวลยิ่งยวดเท่านั้น

การวิจัยนี้ยังได้ผลที่สอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอีกสองอย่างคือ เมื่อดาวโคจรมาใกล้หลุมดำมากขึ้น สีที่เราสังเกตเห็นจะเปลี่ยนไปเล็กน้อย เรียกว่าการเลื่อนไปทางแดง (redshift) ปรากฏการณ์นี้สามารถอธิบายได้คร่าวๆ ว่าเกิดจากการที่อนุภาคโฟตอน (อนุภาคของแสง) ต้องสูญเสียพลังงานไปบางส่วนเพื่อหนีออกจากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของหลุมดำ แล้วเดินทางมายังกล้องโทรทรรศน์

นอกจากนี้ยังมีผลการวิจัยที่สำคัญมากอีกอย่างหนึ่งคือการเหลื่อมของวงโคจร (precession) ปรากฏการณ์นี้จริงๆ แล้วถูกค้นพบตั้งแต่ประมาณทศวรรษ 1880s จากการเฝ้าสังเกตดาวพุธที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ ซึ่งพบว่าวงโคจรเป็นวงรีเสมอ แต่เมื่อผ่านไป 1 รอบจะไม่ซ้อนทับรอยเดิม จะเกิดการเหลื่อมออกไปเป็นมุมเล็กน้อย วงโคจรของทั้งดาวพุธและ S2 มีการเหลื่อมเช่นเดียวกัน และสอดคล้องกับผลการทำนายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์

ทั้งหมดถือเป็นความสำเร็จอย่างงดงามของทีมที่ทุ่มเทเฝ้าสังเกตมาเป็นเวลากว่า 20 ปี

3. ปริศนาอื่นๆ ของหลุมดำที่รอการคำตอบและการค้นพบ

แน่นอนว่าเรื่องราวยังไม่จบเพียงแค่นั้น งานของโรเจอร์ เพนโรสเป็นเพียงจุดเริ่มของยุคทองของการศึกษาหลุมดำ ยังมีปริศนาอีกมากมายที่ยังไม่ได้รับคำตอบ เพราะทฤษฎีภาวะเอกฐานของเพนโรสแทบไม่ได้ให้ข้อมูลใดๆ เกี่ยวกับธรรมชาติของภาวะเอกฐาน เรามักจะจินตนาการถึงการยุบตัวภายใต้ความความโน้มถ่วงที่สร้างภาวะเอกฐานซึ่งทำให้ความโค้งของอวกาศมีค่าเป็นอนันต์และส่งผลให้อะไรก็ตามที่หลุดเข้าไปในใจกลางหลุมดำหายไปจากเอกภพของเรา แต่ทฤษฎีไม่ได้อธิบายสิ่งนี้มันเพียงแต่บอกว่าเส้นทางของแสงหรือผู้สังเกตบางคนจะหายไปด้วยเหตุผลที่ไม่แน่ชัด

การศึกษาพฤติกรรมของภาวะเอกฐานอาจทำได้โดยนำเอาสมการของไอน์สไตน์เข้ามาร่วมพิจารณา ซึ่งได้ถูกพัฒนาโดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย 3 คนคือ วลาดิเมียร์ เบลินสกี ไอแซค คาลัทนิคอฟ และยูจีน ลิฟชิทซ์ ในปี 1971 โดยอาศัยการคำนวนอันซับซ้อน และในทศวรรษ 2000 เมื่อการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์มีความก้าวหน้าพอคำทำนายของพวกเขาก็ได้รับการยืนยันโดย เดวิด การ์ฟินเคิล ซึ่งแสดงให้เห็นถึงภาวะเอกฐานที่มีเสถียรภาพ ซึ่งปัจจุบันเรียกว่า ภาวะเอกฐานบีเคเอล (BKL) เพื่อเป็นเกียรติแก่นักฟิสิกส์ทั้งสาม ภาวะเอกฐานแบบนี้มีลักษณะที่ไร้ระเบียบโดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่หลุมดำมีการหมุน ยังไม่เป็นที่แน่ชัดว่าสสารที่ตกลงไปในสภาวะเอกฐานจะมีชะตากรรมอย่างไรและนักวิทยาศาสตร์อาจต้องใช้ทฤษฎีความโน้มถ่วงควอนตัม (Quantum Gravity) เพื่อทำความเข้าใจพฤติกรรมเหล่านี้

ฟิสิกส์ของหลุมดำยังมีเรื่องให้ประหลาดใจอย่างต่อเนื่องในปี 1991 อีริค ปัวซอง และ เวอร์เนอร์ อิสราเอล ยังได้พบความเป็นไปได้ของภาวะเอกฐานอีกแบบหนึ่งเป็นผลมาจากพฤติกรรมของขอบฟ้าชั้นในของหลุมดำที่มีประจุและหลุมดำที่มีการหมุน พวกเขาแสดงให้เห็นว่าพื้นผิวที่เรียกว่าขอบฟ้าชั้นในเหล่านี้ไม่มีสเถียรภาพและสามารถยุบตัวเป็นภาวะเอกฐานได้เช่นกัน

นอกจากนี้ สตีเฟน ฮอร์กิง (Stephen Hawking) และ จาคอบ เบคเคนสไตน์ (Jacob Bekenstein) ได้ร่วมกันเสนอว่า หลุมดำนั้นมีเอนโทรปี (Entropy) ซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดพื้นผิวของหลุมดำ เมื่อมีเอนโทรปีย่อมหมายถึงมันมีอุณหภูมิ ซึ่งวัตถุที่มีอุณหภูมิจะแผ่รังสี การแผ่รังสีของหลุมดำเกิดขึ้นได้เพราะสุญญากาศเต็มไปด้วยคู่อนุภาคที่เกิดขึ้นมาและสลายตัวไปอยู่ตลอดเวลา หากอนุภาคตัวหนึ่งเกิดตกลงไปในขอบฟ้าเหตุการณ์ คู่ของมันสามารถที่จะหนีรอดออกมากได้ ตามกระบวนการที่นำเสนอโดยฮอร์กิง

ในปี 2018-2019 เรายังได้เห็นภาพแรกของหลุมดำที่ใจกลางของอีกกาแล็กซีหนึ่ง ชื่อว่า M87 ซึ่งยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ภาพนี้มาจากความร่วมมือของนักฟิสิกส์หลายร้อยชีวิต และใช้กล้องโทรทรรศน์ในย่านความถี่ไมโครเวฟจำนวนหลายกล้องกระจายอยู่ทั่วโลกในรูปแบบของ Very Long Baseline Interferometer (VLBI) เสมือนกับว่าเรามีกล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดใหญ่เท่าเส้นผ่านศูนย์กลางของโลก! ทำให้มองเห็นได้ไกลขึ้นและมีกำลังแยกแยะที่สูงขึ้น ผู้ที่สนใจสามารถหาอ่านได้เพิ่มเติมในเว็บไซต์สมาคมฟิสิกส์ไทย http://www.thaiphysoc.org

ในยุคปัจจุบันที่การสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์เข้าสู่ยุคของ multimessenger astronomy ความลับอีกหลายอย่างที่ยังคงหลบซ่อนอยู่ภายในหลุมดำอาจทยอยออกมาให้เราได้ประหลาดใจในอีกไม่ช้านี้

ผู้เขียน
ผศ. ดร. อรรถกฤติ ฉัตรภูติ ภาควิชาฟิสิกส์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
ผศ. ดร. พิเชษฐ กิจธารา ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยมหิดล

อ้างอิง
1. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2020/summary/
2. José M M Senovilla and David Garfinkle, “The 1965 Penrose singularity theorem”, Class.Quantum Grav. 32 (2015) 124008
3. Roger Penrose, “Gravitational collapse and space–time singularities” Phys. Rev. Lett. 14 (1965) 57
4. https://www.keckobservatory.org/
5. https://www.eso.org/public/teles-instr/paranal-observatory/vlt/
6. GRAVITY Collaboration, “Detection of the gravitational redshift in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole”. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201833718
7. https://eventhorizontelescope.org/
8. Tuan Do et al, 2019 "Relativistic redshift of the star S0-2 orbiting the Galactic Center supermassive black hole" SCIENCE, Vol. 365, Issue 6454, pp. 664-668
9. A.M. Ghez, 2008, “Measuring Distance and Properties of the Milky Way's Central Supermassive Black Hole with Stellar Orbits” The Astrophysical Journal, https://iopscience.iop.org/article/10.1086/592738
10.https://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/advanced-physicsprize2020.pdf
11. https://www.keckobservatory.org/nobel-prize-ghez/
12. https://www.mpg.de/15493117/nobel-prize-physics-2020-genzel

07/10/2020

ประชาสัมพันธ์ "ทุนการศึกษาสำหรับนิสิตคณะวิทยาศาสตร์ ปีการศึกษา 2563"

นิสิตระดับปริญญาตรี ภาควิชาฟิสิกส์ คนใดสนใจสมัครสามารถศึกษารายละเอียดและสมัครได้ตามโพสต์ด้านล่างนี้นะครับ

คณะวิทยาศาสตร์มีความประสงค์มอบ “ทุนการศึกษาแก่นิสิตคณะวิทยาศาสตร์ ระดับปริญญาตรี ประจำปีการศึกษา 2563” ที่ได้รับผลกระทบจากวิกฤตไวรัสโควิด-19 และเป็นผู้มีความประพฤติดี และไม่เป็นผู้ที่ได้รับทุนการศึกษาต่อเนื่องอื่นๆ (ยกเว้น กยศ. และ กรอ.)

ทั้งนี้ นิสิตที่ประสงค์สมัครขอรับทุนการศึกษาดังกล่าว สามารถขอรับใบสมัครได้ที่ภาควิชา หรือดาวน์โหลดได้จากเว็บไซต์คณะวิทยาศาสตร์ http://science.swu.ac.th และส่งแบบฟอร์มพร้อมเอกสารแนบที่ภาควิชาที่นิสิตสังกัด ภายในวันที่ 14 ตุลาคม 2563

รายละเอียดเพิ่มเติม กรุณาติดต่อ : หน่วยกิจการนิสิต คณะวิทยาศาสตร์ โทร. 02-649-5000 ต่อ 18438

06/10/2020

ผลการประกาศรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปี 2020

BREAKING NEWS
The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the 2020 Nobel Prize in Physics with one half to Roger Penrose “for the discovery that black hole formation is a robust prediction of the general theory of relativity” and the other half jointly to Reinhard Genzel and Andrea Ghez “for the discovery of a supermassive compact object at the centre of our galaxy.”

These three laureates share this year’s Nobel Prize in Physics for their discoveries about one of the most exotic phenomena in the universe, the black hole. Roger Penrose showed that the general theory of relativity leads to the formation of black holes. Reinhard Genzel and Andrea Ghez discovered that an invisible and extremely heavy object governs the orbits of stars at the centre of our galaxy. A supermassive black hole is the only currently known explanation.

Roger Penrose used ingenious mathematical methods in his proof that black holes are a direct consequence of Albert Einstein’s general theory of relativity. Einstein did not himself believe that black holes really exist, these super-heavyweight monsters that capture everything that enters them. Nothing can escape, not even light.

In January 1965, ten years after Einstein’s death, Roger Penrose proved that black holes really can form and described them in detail; at their heart, black holes hide a singularity in which all the known laws of nature cease. His ground-breaking article is still regarded as the most important contribution to the general theory of relativity since Einstein.

Reinhard Genzel and Andrea Ghez each lead a group of astronomers that, since the early 1990s, has focused on a region called Sagittarius A* at the centre of our galaxy. The orbits of the brightest stars closest to the middle of the Milky Way have been mapped with increasing precision. The measurements of these two groups agree, with both finding an extremely heavy, invisible object that pulls on the jumble of stars, causing them to rush around at dizzying speeds. Around four million solar masses are packed together in a region no larger than our solar system.

Using the world’s largest telescopes, Genzel and Ghez developed methods to see through the huge clouds of inter-stellar gas and dust to the centre of the Milky Way. Stretching the limits of technology, they refined new techniques to compensate for distortions caused by the Earth’s atmosphere, building unique instruments and committing themselves to long-term research. Their pioneering work has given us the most convincing evidence yet of a supermassive black hole at the centre of the Milky Way.

“The discoveries of this year’s laureates have broken new ground in the study of compact and supermassive objects. But these exotic objects still pose many questions that beg for answers and motivate future research. Not only questions about their inner structure, but also questions about how to test our theory of gravity under the extreme conditions in the immediate vicinity of a black hole,” says David Haviland, chair of the Nobel Committee for Physics.

Press release: https://bit.ly/309oZqF
Popular information: https://bit.ly/3jjZSJk
Advanced information: https://bit.ly/3kEwwFI