รางวัล Breakthrough Prizeสาขาฟิสิกส์พื้นฐานประจำปี 2560

15 กุมภาพันธ์ 2560

 

เมื่อวันที่ 4 ธันวาคม พ.ศ. 2559 มูลนิธิ Breakthrough ได้จัดพิธีมอบรางวัล Breakthrough Prize ประจำปีพ.ศ. 2560 ขึ้นอย่างยิ่งใหญ่ใกล้เมือง Mountain View (เป็นที่ตั้งของบริษัท Google) มลรัฐแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา

 

 

รูปที่ 1 พิธีมอบรางวัล Breakthrough Prize เมื่อวันที่ 4 ธันวาคม พ.ศ. 2559 ที่ Ames Research Center ขององค์การ NASA (ที่มา :http://www.nature.com/news/black-hole-fireworks-win-big-in-multimillion-dollar-science-prizes-1.21087)

 

 

รางวัลนี้มีด้วยกัน 3 สาขาคือ Breakthrough Prize in Fundamental Physics, Breakthrough Prize in Mathematics และ Breakthrough Prize in Life Sciences

 

สำหรับรางวัล Breakthrough Prize in Fundamental Physics ล่าสุดนี้ได้มอบให้แก่นักฟิสิกส์ทฤษฎี 3 ท่าน คือ Andrew Strominger และ Cumrun Vafa จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดและ Joseph Polchinski จาก University of California วิทยาเขต Santa Barbara

 

 

 

รูปที่ 2 สามนักฟิสิกส์ทฤษฎีที่ได้รับรางวัล Breakthrough Prize in Fundamental Physics 2017 จากซ้ายมาขวา : Andrew Strominger (ชาวอเมริกัน อายุ 62 ปี), Joseph Polchinski (ชาวอเมริกัน อายุ 63 ปี) และ Cumrun Vafa (เชื้อชาติอิหร่าน อายุ 57 ปี) (ที่มา :http://motls.blogspot.com/2016/12/polchinski-strominger-vafa-split-well.html)

 

 

ทั้ง 3 ท่านได้มีส่วนอย่างสำคัญยิ่งในการช่วยกันพัฒนา String Theory, Quantum Field Theory และ Quantum Gravity สำหรับ String Theory เป็นทฤษฎีที่บางคนเชื่อว่าสามารถรวมทุกอันตรกิริยาพื้นฐานและอนุภาคมูลฐานได้ หรือที่นักฟิสิกส์เรียกว่า Theory of Everything (ยังไม่มีการพิสูจน์) ทฤษฎีนี้ถือเสมือนว่าอนุภาคมูลฐานในธรรมชาติมีโครงสร้างมูลฐานที่สุดในรูปเส้นสตริง (string) ซึ่งเป็นเส้น 1 มิติระดับความยาวแพลงค์ (10-35 เมตร) ภายในเวลาและอวกาศที่มีมิติเกินกว่า 4 มิติ (extra dimensions) และทำอันตรกิริยาต่อกันโดยมีโหมดการสั่นต่างๆของสตริงเป็นอนุภาคมูลฐานแต่ละชนิด ที่พิเศษคือมีโหมดการสั่นหนึ่งของสตริงที่ให้อนุภาคกราวิตอน (graviton) และสามารถนำไปสู่ทฤษฎี quantum gravity ได้ ทำให้คาดหมายกันว่าทฤษฎีสตริงสามารถรวมความโน้มถ่วงเข้ากับแรงมูลฐานอื่น ๆได้

 

ในปีพ.ศ. 2538 ศาสตราจารย์ Polchinski ได้เสนอว่าในทฤษฎีสตริงยังมีอยู่อีกสิ่งหนึ่งที่เป็นพื้นผิวที่มีได้มากกว่า 2 มิติ ที่เรียกว่า “D-brane” (คำว่า “brane” ตัดมาจากคำว่า membrane ที่นิยมใช้เรียกพื้นผิว 2 มิติ ส่วนอักษร D มีที่มาจากคำว่า Dirichlet  boundary conditions) นักฟิสิกส์พบว่าในทฤษฎีสตริง [1] อนุภาคและแรงที่มาจากโหมดการสั่นของสตริงสามารถอยู่อย่างเฉพาะที่ (local) ภายใน D-brane และพบว่า extra dimensions สามารถมีขนาดใหญ่ได้ โดยไม่จำเป็นต้องม้วนพับ (compactify) จนเสมือนกับว่าไม่มีมิติเมื่อมองจากสเกลที่ใหญ่กว่า

 

ต่อมานักฟิสิกส์หลายท่าน เช่น N. Arkani-Hamed, L. Randall, R. Sundrum เป็นต้น พบว่าโครงสร้างเรขาคณิตนี้ให้แนวคิดใหม่กับวิชาเอกภพวิทยา (Cosmology) ที่เรียกว่า Brane Cosmology ที่เชื่อว่าจักรวาล (universe) ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน เช่น อิเล็กตรอน ควาร์ก ฯลฯ และแรงมูลฐานที่เรารู้จักกันดีเช่น แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์ นั้นอยู่อย่างเฉพาะที่ภายใน brane  ส่วน brane ฝังตัวอยู่ในอวกาศที่มีมิติสูงกว่า แต่สำหรับอนุภาคกราวิตอนและความโน้มถ่วงนั้นมีความเข้มมากในอีก brane หนึ่งที่เรียกว่า gravity brane และแผ่ไปทั่วอวกาศในทุกมิติทั้งหมดรวมทั้ง extra dimensions ด้วย และรั่วเข้ามาใน brane ที่มีอวกาศ-เวลา 4 มิติของจักรวาลที่เราอาศัยอยู่นิดเดียว ทำให้สามารถอธิบายได้ว่าทำไมความโน้มถ่วงถึงเป็นแรงที่อ่อนมากเมื่อเทียบกับแรงมูลฐานอื่นๆอีก 3 แรง เหตุที่เราไม่ตระหนักถึง extra dimensions นั้น ก็เพราะทุกอนุภาคมูลฐานและแรงมูลฐานที่ประกอบเป็นจักรวาลเรานั้นอยู่แต่ภายใน brane หนึ่งๆ เท่านั้น ส่วน extra dimensions อื่น ๆ ก็ม้วนพับจนเราไม่สามารถสังเกตปรากฏการณ์ในนั้นได้ลองดูรูปที่ 3 ที่แสดงแผนภาพง่ายๆ ของ Braneworlds ซึ่งแสดงว่า นอกจาก brane ที่แสดงจักรวาลในอวกาศ-เวลา 4 มิติของเราแล้ว ยังมี branes อื่นๆ อีกเช่น gravity brane และมี extra dimensions ขนาดใหญ่ด้วย [1]

 

 

 

รูปที่ 3 แผนภาพ Braneworlds ที่ใช้ในการสัมมนาครั้งหนึ่งของศาสตราจารย์ Lisa Randall (แห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด) ซึ่งเป็นผู้เสนอแนวคิด Braneworlds คนหนึ่ง (ที่มา: https://physicsresearchinbeijing.wordpress.com/2011/06/10/what-if-there-was-a-4th-dimension/)

 

 

อย่างไรก็ตามเพื่อพิสูจน์แนวความคิดนี้กลุ่มนักฟิสิกส์ที่ศูนย์วิจัย CERN กำลังพยายามมองหาร่องรอยของอนุภาคในมิติพิเศษ (extra dimensions) ซึ่งอยู่ในระดับพลังงาน TeV (tera-electron volt = 1012 eV)  จากผลการทดลองที่ทำกับเครื่องเร่งอนุภาคยักษ์ Large Hadron Collider (LHC) ที่ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ [1]

 

ส่วนในปีพ.ศ. 2539 ศาสตราจารย์ Strominger กับ ศาสตราจารย์ Vafa ได้ร่วมกันใช้ String Theory และ D-branes มาอธิบายหลุมดำ เพื่อแก้ปัญหาปฏิทัศน์ข้อมูลหลุมดำ (black-hole information paradox) ที่ศาสตราจารย์ Stephen Hawking เสนอว่า ข้อมูลที่ตกลงไปในหลุมดำจะสูญหาย ซึ่งไม่น่าเป็นไปได้ตามหลักฟิสิกส์ ในเมื่อ String Theory สามารถอธิบายความโน้มถ่วงควอนตัมของหลุมดำและแสดงที่มาของข้อมูลที่ใช้คำนวณเอนโทรปีของหลุมดำได้ ดังนั้นข้อมูลไม่น่าจะสูญหายเมื่อตกลงสู่หลุมดำ

 

 

รูปที่ 4 ศาสตราจารย์ Stephen Hawking แห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ (อายุ 75 ปี)  (ที่มา :http://time.com/3531/hawking-myth-or-legend/)

 

 

นักฟิสิกส์ทฤษฎีทั้ง 3 ท่านจะได้รับรางวัลเป็นเงินสดท่านละ 1 ล้านเหรียญสหรัฐ

 

ในปีนี้ยังมีรางวัลพิเศษมูลค่า 3 ล้านเหรียญสหรัฐมอบให้แก่ผู้บุกเบิกและคณะนักวิจัยของโครงการ LIGO ที่สามารถตรวจวัดสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงได้  ซึ่งได้ประกาศการค้นพบอย่างเป็นทางการไปเมื่อวันที่ 11 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2559 (ดูเพิ่มเติมที่บทความชื่อ “การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วง” โดย ชาญกิจ คันฉ่อง คอลัมน์“ข่าวพิเศษ” วันที่ 25กุมภาพันธ์ 2559 ในเว็บไซต์นี้) นั่นคือมอบให้กับศาสตราจารย์ Rainer Weiss (แห่งMIT), ศาสตราจารย์ Kip S. Thorne (แห่ง CALTECH) และศาสตราจารย์ Ronald W. P. Drever (แห่ง CALTECH) ผ่านทางครอบครัว  โดยทั้ง 3 ท่านจะได้รับรางวัลเป็นเงินสดท่านละ 1/3 ล้านเหรียญสหรัฐ ส่วนอีก 2 ล้านเหรียญสหรัฐมอบให้กับคณะนักวิจัยของโครงการ LIGO ทั้ง1,012 คน

 

นอกจากนี้ยังมีรางวัล New Horizons Prize ที่ตั้งใจมอบให้กับนักฟิสิกส์และคณิตศาสตร์รุ่นใหม่ (อายุไม่เกิน 40 ปี) ที่มีอนาคตและกำลังมีผลงานโดดเด่น  โดยผู้ที่ได้รับรางวัล New Horizons in Physics 2017 มี 6 คน ดังต่อไปนี้

 

  1. Asimina Arvanitaki แห่ง Perimeter Institute for Theoretical Physics ประเทศแคนาดา(สถาบันนี้ก่อตั้งขึ้นโดยเศรษฐีชาวแคเนเดียนชื่อ Mike Lazaridis)  ประเด็นที่กำลังให้ความสนใจได้แก่ Physics beyond the Standard Model, Supersymmetry, Dark Matter ฯลฯ
  2. Peter Graham แห่งภาควิชาฟิสิกส์ Stanford University ประเด็นที่กำลังให้ความสนใจได้แก่ Physics beyond the Standard Model, Dark Matter, แนวทางการทดลองแบบใหม่เพื่อการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงและ อนุภาค axion ของ Dark Matter ฯลฯ
  3. Surjeet  Rajendran แห่งภาควิชาฟิสิกส์ University of California วิทยาเขต Berkeley  ประเด็นที่กำลังให้ความสนใจได้แก่ Physics beyond the Standard Model, การพัฒนาเทคนิคใหม่ที่ใช้ NMR ตรวจจับอนุภาค axion ของ Dark Matter, การพัฒนาเทคนิคใหม่ที่ใช้นาฬิกาอะตอมตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง ฯลฯ
  4. Simone Giombi แห่งภาควิชาฟิสิกส์ Princeton University ประเด็นที่กำลังให้ความสนใจได้แก่ String Theory, Quantum Field Theory ฯลฯ
  5. Xi Yin แห่งภาควิชาฟิสิกส์ Harvard University ประเด็นที่กำลังให้ความสนใจได้แก่ String Theory, Quantum Field Theory, Mathematical Physics ฯลฯ
  6. Frans Pretorius แห่งภาควิชาฟิสิกส์ Princeton University ประเด็นที่กำลังให้ความสนใจได้แก่ General Theory of Relativity, Black Hole, การออกแบบอัลกอริทึมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการคำนวณแบบคู่ขนานที่ใช้คอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่หลายเครื่อง ฯลฯ,

 

ทั้ง 6 คนจะได้รับรางวัลเป็นเงินสดรวม 300,000 เหรียญสหรัฐ

 

และสุดท้ายเป็นรางวัล Breakthrough Junior Challenge ที่จะมอบให้แก่วีดีโอวิทยาศาสตร์ยอดเยี่ยมที่ส่งเสริมความเข้าใจอย่างสนุกสนานเกี่ยวกับวิชาฟิสิกส์  คณิตศาสตร์ และ/หรือ วิทยาศาสตร์ชีวภาพของแต่ละปี ซึ่งในคราวนี้มี 2 เรื่องที่ได้รับรางวัลคือ เรื่อง Superbugs ! And Our Race Against Resistance” ของ Deanna See นักศึกษาหญิงอายุ 17 ปีของ Raffles Institution ประเทศสิงคโปร์ ซึ่งเป็นเรื่องทางด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพ และเรื่องที่ 2 ทางด้านฟิสิกส์ คือQuantum Entanglement” ของ Antonella Masini นักศึกษาหญิงอายุ 18 ปีของ Cambridge College Lima ประเทศเปรู (ดังแนบด้านล่าง)  นักศึกษาทั้งสองคนจะได้รับรางวัลเป็นเงินสดคนละ 400,000 เหรียญสหรัฐ โดยแบ่งเป็นทุนการศึกษาของนักศึกษา 250,000 เหรียญสหรัฐ เป็นรางวัลให้อาจารย์ที่ปรึกษา 50,000 เหรียญสหรัฐ และใช้พัฒนาห้องปฏิบัติการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ของสถาบันการศึกษาของนักศึกษา 100,000 เหรียญสหรัฐ

 

 

 

(ดูคลิปนี้ได้ที่: https://www.youtube.com/watch?v=4q-nBVzFDII)

 

 

หมายเหตุ

 

 

รูปที่ 5 Yuri Milner (ซ้าย) กับ Mark Zuckerberg (ขวา) ในพิธีมอบรางวัล Breakthrough Prize  (ที่มา : http://www.newyorker.com/tech/elements/do-the-new-big-money-science-prizes-work)

 

 

รางวัล Breakthrough Prize เริ่มต้นขึ้นจากเศรษฐีชาวรัสเซียและภรรยาคือ Yuri กับ Julia Milner ที่มีความคิดว่านักฟิสิกส์ก็ควรจะได้รับการตอบแทนและชื่นชมที่ไม่ยิ่งหย่อนไปกว่าบรรดาร็อคสตาร์ (rockstar) ทั้งหลาย ต่อมาจึงมีเศรษฐีอีกหลายคนเข้าร่วมอุดมการณ์ เช่น Sergey Brin (ผู้ร่วมก่อตั้ง Google), Anne Wojcicki (ผู้ร่วมก่อตั้ง 23andMe), Mark Zuckerberg (ผู้ร่วมก่อตั้ง Facebook) กับภรรยา Priscilla Chan, และ Jack Ma (ผู้ก่อตั้ง Alibaba Group) กับภรรยา Cathy Zhang โดยได้เริ่มมอบรางวัลนี้เป็นครั้งแรกเมื่อปีพ.ศ. 2555 การมอบรางวัล Breakthrough Prize ในปีนี้จึงเป็นครั้งที่ 5 ซึ่งเมื่อรวมทั้ง 5 ครั้ง เศรษฐีใจบุญกลุ่มนี้ได้บริจาคให้แก่วงการวิทยาศาสตร์ผ่านทางรางวัลนี้ไปแล้วประมาณ 200 ล้านเหรียญสหรัฐ และเพื่อให้สมตามความตั้งใจตั้งแต่ต้นของครอบครัว Milner รางวัลนี้จึงมีมูลค่าสูงที่สุดในบรรดารางวัลทั้งหลายที่มอบให้แก่นักวิทยาศาสตร์  อีกทั้งพิธีมอบรางวัลก็จัดขึ้นอย่างหรูหราทุกครั้งโดยนักจัดมืออาชีพระดับเดียวกับงานแจกรางวัลตุ๊กตาทอง (Oscar) ของฮอลลีวูด (Hollywood)  บางคนจึงเรียกรางวัลนี้ว่า Oscar of Science”

 

 

รูปที่ 6 ผู้ดำเนินรายการในพิธีมอบรางวัล Breakthrough Prize 2017 คือ Morgan Freeman ดาราภาพยนตร์ผู้มีชื่อเสียง (เคยได้รับรางวัลตุ๊กตาทองเมื่อปีพ.ศ. 2548) (ที่มา :https://www.nytimes.com/2016/12/04/science/breakthrough-prizes-science-math.html?_r=0)

 

 

 

รูปที่ 7 ความเห็นของนักฟิสิกส์เรืองนาม Brian Greene ที่สอดคล้องกับแนวคิดของรางวัล Breakthrough Prize (ที่มา : http://www.imgrum.net/tag/briangreene)

 

 

กิตติกรรมประกาศ

 

ขอขอบคุณผู้ช่วยศาสตราจารย์ ชาญกิจ คันฉ่อง สำหรับการตรวจสอบบทความนี้และการเสริมข้อมูลทางวิชาการที่มีค่า

 

 

เอกสารอ้างอิง

 

[1] L. Randall, 2006, “Warped Passages: Unraveling the Mysteries of the Universe's Hidden Dimensions”, Harper Perennial, New York.