รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2019

17 ตุลาคม 2562

 

       เมื่อต้นเดือนที่ผ่านมา Royal Swedish Academy of Sciences ได้ประกาศผลการตัดสินมอบรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปีพ.ศ. 2562 ให้แก่ 3 นักฟิสิกส์ที่ผลงานการค้นคว้าวิจัยมีส่วนอย่างสำคัญปฏิรูปความเข้าใจของมนุษยชาติเกี่ยวกับวิวัฒนาการของเอกภพและสถานะของโลกในจักรวาล นักฟิสิกส์ทั้ง 3 ท่านคือ ศาสตราจารย์ James Peebles, ศาสตราจารย์ Michel Mayor และศาสตราจารย์ Didier Queloz โดยศาสตราจารย์ Peebles จะได้รับรางวัลเป็นเงินมูลค่าประมาณ 14 ล้านบาท ส่วนศาสตราจารย์ Mayor กับศาสตราจารย์ Queloz จะได้รับท่านละประมาณ 7 ล้านบาท

 

 

รูปที่ 1 ศาสตราจารย์ James Peebles เป็นชาวแคนาดา-สหรัฐอเมริกา เกิดที่เมือง Winnipeg ในประเทศแคนาดา เมื่อปีพ.ศ. 2478 ปัจจุบันอายุ 84 ปี เรียนจบปริญญาเอกสาขาฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยปรินซตัน ใน สหรัฐอเมริกาเมื่อปีพ.ศ. 2505 หลังจากนั้นทำงานที่มหาวิทยาลัยนี้ตลอดมา เป็นศาสตราจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์เมื่อปีพ.ศ. 2515  และเป็นศาสตราจารย์เกียรติคุณ (Emeritus Professor) เมื่อปีพ.ศ. 2543 ท่านได้รับการยกย่องให้ดำรงตำแหน่ง Albert Einstein Professor of Science ของมหาวิทยาลัย ท่านได้รับการสดุดีจากคณะกรรมการรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ว่า “สำหรับการค้นพบเชิงทฤษฎีหลายอย่างในด้านเอกภพวิทยาเชิงกายภาพ (physical cosmology)” (ที่มารูป: https://www.huffingtonpost.ca/entry/james-peebles-nobel-prize_ca_5d9c64f3e4b0993898062924)

 

       ศาสตราจารย์ Peebles เริ่มงานค้นคว้าวิจัยเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับโครงสร้างของเอกภพมาตั้งแต่ปีพ.ศ. 2507 ภายใต้คำแนะนำของอาจารย์ที่ปรึกษาคือศาสตราจารย์ Robert Henry Dicke สมัยที่ผลการทดลองในเรื่องนี้เพื่อใช้ยืนยันผลการคำนวณยังมีน้อยมาก งานนี้ได้กลายเป็นชีวิตจิตใจของท่านนับแต่นั้นมา

 

       ท่านเป็นผู้วางรากฐานเอกภพวิทยายุคใหม่ วิธีการทางทฤษฎีที่ท่านเป็นผู้บุกเบิกได้ทำให้วิชาเอกภพวิทยาเป็นศาสตร์ที่สามารถทำนายได้ แนวความคิดและกลวิธีต่างๆที่ท่านรังสรรค์ขึ้นถูกนำมาใช้ในงานค้นคว้าวิจัยด้านเอกภพวิทยาในทุกวันนี้ คำทำนายจากผลการคำนวณที่ลึกซึ้งของท่าน ได้รับการพิสจน์ความถูกต้องจากความสอดคล้องกับผลการทดลองเสมอๆ เช่นท่านทำนายถึงการมีอยู่ของ cosmic microwave background (CMB) ที่ต่อมาถูกค้นพบเมื่อปีพ.ศ. 2508 ซึ่งได้กลายเป็นเสมือนเหมืองทองของการทำความเข้าใจว่าเอกภพวิวัฒนาการไปอย่างไรหลังการเกิดบิ๊กแบง (Big Bang) เมื่อประมาณ 1.4 หมื่นล้านปีมาแล้ว ทฤษฎีของท่านมีส่วนร่วมอย่างสำคัญในการเปิดเผยเรื่องวัตถุมืด (dark matter) และ พลังงานมืด (dark energy) ซึ่งยังเป็นความลับดำมืด ขณะนี้นักฟิสิกส์กำลังค้นหากันอย่างขะมักเขม้น

 

       ศาสตราจารย์ Peebles ได้รับการยกย่องว่าเป็นบิดาผู้ก่อตั้งวิชาเอกภพวิทยาเชิงทฤษฎียุคใหม่ และเป็นนักเอกภพวิทยาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่ยังมีชีวิตอยู่

 

 

รูปที่ 2 แสดงสัดส่วนองค์ประกอบของเอกภพ จะเห็นได้ว่าสิ่งต่างๆที่เรารู้จักเช่นอะตอมทั้งหลาย, ดาวเคราะห์, ดาวฤกษ์, ดาวหาง และกาแลกซีต่างๆ ฯลฯ มีอยู่เพียงประมาณ 4% เท่านั้น นอกนั้นอีกประมาณ 96% เรามีความรู้น้อยมาก (ที่มารูป: https://www.energy.gov/articles/three-ways-bust-ghostly-dark-matter)

 

     

 

รูปที่ 3 ตัวอย่างตำราด้านเอกภพวิทยาเชิงกายภาพที่เขียนโดยศาสตราจารย์ Peebles (ที่มารูป: https://www.amazon.es/Physical-Cosmology-Princeton-Physics-Phillip/dp/069162013X และ https://www.goodreads.com/book/show/4324372-principles-of-physical-cosmology)

 

       ท่านได้เขียนตำราไว้หลายเล่มซึ่งถือเป็นหนังสือคลาสสิกของวงการ เช่นเล่มที่ชื่อว่า “Physical Cosmology” ที่พิมพ์เผยแพร่ครั้งแรกเมื่อปีพ.ศ. 2515 ได้รับการยกย่องอย่างมากจากคนในวงการว่าเขียนได้ลึกซึ้งและแจ่มแจ้ง หนังสือเล่มใหม่ของท่าน ชื่อ “Cosmology’s Century, An Inside History of Our Modern Understanding of the Universe” จะได้รับการพิมพ์ออกมาในเดือนมิถุนายน 2020  โดย Princeton University Press

 

 

รูปที่ 4 (ซ้าย) ศาสตราจารย์ Didier Queloz เป็นชาวสวิส เกิดเมื่อปีพ.ศ. 2509 ปัจจุบันอายุ 53 ปี เรียนจบปริญญาเอกสาขาดาราศาสตร์จาก University of Geneva เมื่อปีพ.ศ. 2538 ขณะที่ได้รับรางวัลนี้ท่านเป็นศาสตราจารย์ประจำของ University of Geneva และ University of Cambridge สหราชอาณาจักร โดยเป็นผู้อำนวยการศูนย์วิจัย Cambridge Exoplanet Research Centre (ขวา) ศาสตราจารย Michel Mayor เป็นชาวสวิส เกิดที่เมืองโลซานน์ เมื่อปีพ.ศ. 2485 ปัจจุบันอายุ 77 ปี เรียนจบปริญญาเอกสาขาดาราศาสตร์จาก University of Geneva เมื่อปีพ.ศ. 2514 และเข้าทำงานเป็นนักวิจัยผู้ช่วยต่อที่ Observatory of Geneva ซึ่งเป็นบ้านของภาควิชาดาราศาสตร์ University of Geneva ต่อมาในปีพ.ศ. 2531 ได้รับตำแหน่งศาสตราจารย์ประจำภาควิชาจนเกษียณอายุอย่างเป็นทางการเมื่อปีพ.ศ. 2550 ระหว่างปีพ.ศ. 2541-2547 ท่านเคยดำรงตำแหน่งผู้อำนวยการของ Observatory of Geneva ขณะที่ได้รับรางวัลนี้ท่านเป็นศาสตราจารย์เกียรติคุณของมหาวิทยาลัย และเป็นนักวิจัยที่กระตือรือร้นของ Observatory of Geneva ทั้งสองท่านได้รับการสดุดีจากคณะกรรมการรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ว่า “สำหรับการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะของเรา (exoplanet) ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ประเภทเดียวกับดวงอาทิตย์” (ที่มารูป: https://www.wired.com/story/the-physics-nobel-goes-to-the-big-bang-and-exoplanets/)

 

       ผลงานที่ทำให้ศาสตราจารย์ Mayor กับ ศาสตราจารย์ Queloz ได้รับรางวัลคราวนี้ก็คือการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ (exoplanet) ดวงแรก เมื่อปีพ.ศ. 2538 โดยการใช้หอสังเกตุการณ์ Haute-Provence Observatory ทางตอนใต้ของประเทศฝรั่งเศส ในตอนนั้นท่านที่สองยังเป็นลูกศิษย์ปริญญาเอกของท่านแรก สมัยนั้นการค้นคว้าวิจัยในสาขานี้ต้องฝ่าฟันไม่น้อย มีคนทำกันน้อยมากไม่เกิน 50 คน และมักถูกมองว่าเป็นพวกเพี้ยน อีกทั้งเครื่องไม้เครื่องมือที่เหมาะสมก็ไม่ค่อยมี ต้องพัฒนาอุปกรณ์ต่างๆขึ้นมาเองเช่นเครื่อง spectrograph ความแม่นยำสูง หรือเทคนิคต่างๆเช่นเทคนิคดอปเปลอร์ความแม่นยำสูงเป็นต้น เทียบไม่ได้กับในปัจจุบันที่กลายเป็นสาขาที่ได้รับความสนใจสูงไปแล้ว มีนักวิจัยในสาขานี้นับพันคน  มีแม้กล้องโทรทรรศน์อวกาศให้ใช้ในการค้นหา เช่นกล้องโทรทรรศน์อวกาศ CoRoT ที่ถูกส่งขึ้นปฏิบัติภารกิจระหว่างวันที่ 27 ธันวาคม พ.ศ. 2549 – 2 พฤศจิกายน พ.ศ. 2555 ซึ่งได้ค้นพบ exoplanet ที่เป็นหินหรือโลหะแข็ง เรียกขานว่า COROT-7b, กล้องโทรทรรศน์อวกาศ Kepler ที่ถูกส่งขึ้นปฏิบัติภารกิจระหว่างวันที่ 7 มีนาคม พ.ศ. 2552 – 30 ตุลาคม พ.ศ. 2561 และกล้องโทรทรรศน์อวกาศ TESS ที่เพิ่งถูกส่งขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 18 เมษายน พ.ศ. 2561 โดยมีระยะเวลาปฏิบัติภารกิจ 2 ปี

 

       ดาวเคราะห์ exoplanet ดวงแรกที่ค้นพบได้รับการตั้งชื่อว่า 51 Pegasi b มีลักษณะเป็นก้อนแก๊สยักษ์คล้ายดาวพฤหัสของระบบสุริยะของเรา โคจรรอบดาวฤกษ์ที่ชื่อ 51 Pegasi ที่อยู่ในกลุ่มดาวเพกาซัส (constellation of Pegasus) อยู่ห่างจากโลก 50.45 ปีแสง (ประมาณ 4.8x1014 กิโลเมตร) นับถึงทุกวันนี้มีการค้นพบ exoplanet แล้วมากกว่า 4,000 ดวง ที่มีความหลากหลายทั้งในเรื่องของขนาด, ลักษณะ และวงโคจร และจะเพิ่มจำนวนขึ้นเรื่อยๆ การค้นพบ 51 Pegasi b ของศาสตราจารย์ Mayor และศาสตราจารย์ Queloz เมื่อประมาณ 24 ปีที่แล้วได้ปฏิวัติวงการดาราศาสตร์ ทำให้นักวิทยาศาสตร์ต้องกลับไปปรับปรุงทฤษฎีทั้งหลายที่เกี่ยวกับกระบวนการเชิงกายภาพเบื้องหลังการกำเนิดดาวเคราะห์ และได้เปิดช่องให้มนุษย์ได้จินตนาการอย่างเป็นจริงเป็นจังถึงโลกอื่นที่แตกต่างหรือไม่แตกต่างอันไกลโพ้น มนุษยชาติได้เข้าใกล้คำถามว่า “เราอยู่ลำพังในจักรวาลนี้หรือ” มากขึ้น

 

 

รูปที่ 5 วงกลมเส้นประสีแดงแสดงให้เห็นถึงบริเวณที่มีการสำรวจหาดาวเคราะห์ exoplanet รอบระบบสุริยะของเรา ซึ่งจะเห็นได้ว่าเป็นบริเวณอันน้อยนิดเมื่อเทียบกับขนาดมหึมาของกาแลกซีทางช้างเผือก (Milky Way galaxy) ประเมินว่าทั้งกาแลกซีนี้มีดาวฤกษ์อยู่ประมาณ 1-4 แสนล้านดวง (1 ปีแสงเทียบเท่ากับระยะทาง 9.461 ล้านล้านกิโลเมตร) (ที่มารูป: https://www.theguardian.com/science/live/2019/oct/08/nobel-prize-in-physics-awarded-live-2019)

 

       เมื่อมีคนถามเรื่องโอกาสที่มนุษย์จะย้ายไปอยู่ดาวเคราะห์ดวงอื่น ศาสตราจารย์ Mayor ตอบว่า “ถ้าเราหมายถึงดาวเคราะห์ exoplanet พูดให้ชัดไปเลยว่าเราจะไม่อพยพไปอยู่ที่นั่น ดาวเคราะห์เหล่านี้อยู่ไกลมาก เรากำลังพูดถึงการใช้เวลาหลายร้อยล้านวันเทียบจากความสามารถที่เรามีอยู่ขณะนี้ เราควรจะดูแลโลกนี้ให้ดี มันสวยงามมากและยังสามารถอยู่อาศัยได้อย่างดี ผมอยากจะเล่นงานพวกนักการเมืองที่ชอบพูดว่า เมื่อถึงวันที่จะอาศัยอยู่บนโลกนี้อีกต่อไปไม่ได้แล้ว เราจะอพยพไปอยู่ดาวดวงอื่น มันเป็นความคิดที่บ้ามาก” และต่อคำถามเรื่องสิ่งมีชีวิตต่างดาว ท่านตอบว่า “ตอนนี้เราได้แสดงให้เห็นว่ามีวิธีที่จะศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ แต่ยังไม่รู้ว่ามีสิ่งมีชีวิตอยู่หรือไม่ เป็นเรื่องของคนรุ่นต่อไปที่จะค้นหาคำตอบ เพราะจะต้องมีการพัฒนาเทคนิคที่ทำให้เราสามารถตรวจวัดสิ่งมีชีวิตจากระยะไกลได้” ส่วนศาสตราจารย์ Queloz ตอบว่า “ผมไม่อาจที่จะยอมรับได้ว่าพวกเราเป็นสิ่งมีชีวิตเพียงหนึ่งเดียวในจักรวาล สารเคมีที่เป็นองค์ประกอบพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตมีอยู่ทุกหนทุกแห่ง ผมเป็นคนหนึ่งล่ะที่เชื่ออย่างจริงจังว่ามีสิ่งมีชีวิตอยู่บนดาวดวงอื่นด้วย”