The Fifth Force of Nature

Last updated: Sep 27, 2016  |  358 จำนวนผู้เข้าชม  |  IT Technology

1. เมื่อไม่กี่สัปดาห์มานี่วงการวิทยาศาสตร์มีข่าวฮือฮากันเงียบๆ ในวงการ ว่าเราอาจจะได้เจอกับแรงพื้นฐานชนิดใหม่ นอกเหนือจากแรงพื้นฐานในธรรมชาติทั้ง 4 ที่ชาวโลกรู้จักกัน อาจจะเป็นแรงที่ 5 ที่นักวิทยาศาสตร์ค้นหากันมานาน

2. แรงพื้นฐานในธรรมชาติเท่าที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบแล้วมีทั้งหมด 4 ชนิดคือ แรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม และ แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน ทุกสิ่งทุกอย่างในในจักรวาลนี้ ไม่ว่าจะเป็น ฟ้าผ่า ใบไม้ร่วง น้องฟรัง ไอโฟน7 อิเล็กตรอน ฮันนี่โทส หม่อมสุขุมพันธ์ หรือแม้แต่การเสื่อมสลายของธาตุกัมมันตรังสี ล้วนแต่เกิดขึ้นตั้งอยู่และดับไปเพราะแรงพื้นฐานในธรรมชาติเหล่านี้ทั้งสิ้น (ทีแรกกูนึกว่าไอโฟน7 เกิดขึ้นจากแรงงานจีนซะอีก ตกลงแรงงานจีนไม่ใช่แรงพื้นฐานนะฮะ นี่ก็เข้าใจผิดมานาน)

3. แรงชนิดแรกคือ แรงโน้มถ่วง (gravity) เป็นแรงดึงดูดระหว่างวัตถุ ยิ่งวัตถุมีมวลมากก็ยิ่งมีแรงโน้มถ่วงมาก อย่างแอดมินเดินสวนกับน้องอลิสก็มีแรงดึงดูดระหว่างกัน แต่เพราะเราทั้งคู่มีมวลไม่มากเท่าไหร่ แรงที่เกิดเลยไม่มากพอจะดูดให้ตัวติดกันได้ แต่ที่พวกเราไม่หลุดลอยไปนอกอวกาศก็เพราะถูกแรงโน้มถ่วงของโลกดึงดูดไว้ เพราะโลกมีมวลมากกว่าเรามหาศาล (ดวงจันทร์ที่มีมวลน้อยกว่าโลก ก็จะมีแรงโน้มถ่วงน้อยกว่าโลกด้วย พอเรากระโดดทีจะลอยขึ้นได้สูงมาก) หรือการที่โลกหมุนรอบดวงอาทิตย์ไม่หลุดลอยไปในห้วงอวกาศอันหนาวเหน็บก็เพราะแรงดึงดูดระหว่างดวงอาทิตย์กับโลก หรือ ดาวเทียมโคจรรอบโลกได้ก็เพราะแรงดึงดูดเหมือนกัน

4. แล้วต่อมาเราก็ได้รู้จักแรงแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic force) เจ้าแรงแม่เหล็กที่ทำให้แม่เหล็กดูดกันผลักกันเนี่ยโลกได้รู้จักมาเป็นพันปีละ ส่วนไฟฟ้าก็มีการค้นพบไฟฟ้าสถิตและประจุไฟฟ้ามานานหลายร้อยปี ซึ่งทีแรกเราคิดว่าทั้งสองตัวนี้ไม่เกี่ยวกัน จนมิสเตอร์ เจมส์ เคลิร์ก แมกซ์เวลล์ ได้ค้บพบว่าจริงๆ 2 อันนี้คือสิ่งเดียวกัน อธิบายได้ด้วยสมการชุดเดียวกกัน เลยจับรวมกันซะเลย กลายเป็นทฤษฎีสนามพลังแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ (ไอน์สไตน์ก็ใช้ทฤษฎีนี้เป็นพื้นฐานในการพัฒนาทฤษฎีสัมพันธภาพพิเศษอีกที) ซึ่งความสำเร็จของการรวมแรง 2 แรงนี้เข้าด้วยกันได้สร้างความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีให้กับโลกเราอย่างมากเลยทีเดียว ไฟฟ้าที่เราใช้อยู่ตามบ้าน เครื่องปั่นไฟ อแดปเตอร์โนตบุค สัญญาณมือถือ สัญญาณไวไฟ อินเตอร์เนท สายยูเอสบี มาจากแรงนี้ทั้งหมด

5. แรงที่ 3 ต่อมาคือ แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม (strong nuclear force) เป็นแรงที่มีพลังมากที่สุด ก่อนนี้นักวิทยาศาสตร์เคยสงสัยว่า อะตอมมันแบบที่มันเป็นได้ยังไง ในเมื่ออะตอมของธาตุบางตัวนั้นมีโปรตอนอยู่หลายตัว แล้วโปรตอนต่างก็มีประจุบวก ตามทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า (แรงที่ 2) ขั้วบวกกับขั้วบวกมาอยู่ใกล้กันก็น่าจะผลักกันสิ ไม่น่าจะสมานฉันท์อยู่ในอะตอมเดียวกันได้ แล้วพอค้นคว้าทดลองไปก็ได้พบว่า มันมีแรงนิวเคลียร์อย่างเข้มนี่แหละคอยเป็นกาวใจเชื่อมไว้ โดยความเข้มของแรงนี้มันมากกว่าแรงผลักกันของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า โปรตอนเลยถูกดูดให้อยู่ด้วยได้ เรียกว่าถ้าไม่มีแรงชนิดนี้ อาจจะไม่มีสสารใดๆ ในจักรวาลนี้เลยก็เป็นได้

6. แรงสุดท้ายคือ แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน (weak nuclear force) แรงนี้ต่างจากแรงอื่นๆ หน่อย ตรงที่มันไม่ได้มีไว้ยึดอะไรไว้กับอะไร แต่เป็นแรงที่เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนสภาพของสารกัมมันตรังสีจากธาตุชนิดหนึ่งไปเป็นอีกชนิดหนึ่ง เช่นนักโบราณคดีสามารถวัดอายุของวัตถุต่างๆ ด้วยการตรวจสอบกัมมันตรังสีของคาร์บอน14 ที่มีอยู่ในวัตถุ เพราะธาตุคาร์บอน14 ตามธรรมชาติจะเสื่อมสลายไปในปริมาณและช่วงเวลาที่ค่อนข้างแน่นอน และในกระบวนการเสื่อมสลายนั้นจะมีการปลดปล่อย อิเล็กตรอน และแอนตินิวตริโน ออกมาด้วย ซึ่งก็อาศัยแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนนี่แหละที่ช่วยให้เกิดการปลดปล่อยอนุภาค (เรียกกระบวนการนี้ว่า beta decay)

7. แม้แต่ความรักก็ยังต้องฝากให้สายลมและแสงดาวพาไปให้ถึงเธอ แรงทั้งหมดที่เล่ามาก็ต้องอาศัยอนุภาคชนิดพิเศษ (เรียกรวมๆว่า Boson) เป็นตัวนำพาไปเช่นกัน ไม่ใช่ว่าแรงมันจะเดินไปไหนได้เองนะ เช่น แรงแม่เหล็กไฟฟ้าใช้โฟตอน (Photon) เป็นพาหะนำพา สื่อนำของแรงนิวเคลียร์แบบเข้มเรียกกลูออน (Gluon) ส่วนแรงนิวเคลียร์แบบอ่อนมีสื่อนำสองตัวคือ W และ Z Boson ซึ่งอนุภาคพวกนี้นักวิทยาศาสตร์ค้นพบหมดแล้ว ยกเว้นอนุภาคของแรงโน้มถ่วงที่เรายังหาไม่เจอ แต่ในทางทฤษฎีเราคิดว่ามันน่าจะมี ก็เลยตั้งชื่อรอไว้ก่อนว่า กราวิตอน (Graviton)

8. อืม.. ดูๆแล้วเราก็น่าจะอธิบายทุกสิ่งในธรรมชาติและจักรวาลได้ด้วยแรงทั้ง 4 ที่ว่ามาแล้วนิ แล้วใครจะมาค้นพบอะไรกันอีก มั่วเปล่า คือ....เอาจริงๆ แล้วจักรวาลที่เรารู้จัก ก็เป็นแค่ส่วนเดียวของจักรวาลทั้งหมด ยังมีอีกกว่า 80% ของจักรวาลที่เรายังไม่รู้ว่ามันคืออะไร เพราะจากการคำนวนมวลและพลังงานของจักรวาลทั้งหมด เทียบกับมวลของสสารและพลังงานที่เราค้นพบแล้ว ปรากฏว่าไม่เท่ากัน แบบว่ายังขาดอีกเพียบ แสดงว่ายังต้องมีสสารและพลังงานอะไรไม่รู้ที่เรายังไม่รู้จักอยู่อีกแน่ๆ เลยเรียกเหมาๆ ไปก่อนว่า สสารมืด (dark matter) และพลังงานมืด (dark energy) และที่เรียกว่ามืด ไม่ใช่เพราะมันสีดำหรือคนดำเป็นคนค้นพบแต่อย่างใด แต่เป็นเพราะเรามองไม่เห็นไม่รู้ว่าคืออะไร เหมือนเราเดินไปในห้องมืดๆ แล้วไปชนอะไรบางอย่าง เราก็ไม่รู้หรอกว่าคืออะไร มองก็ไม่เห็น แต่รู้ว่ามีอยู่แน่ๆ

9. เพราะจักรวาลยังมีอะไรๆ ให้ค้นพบเยอะขนาดนี้ นักวิทยาศาสตร์บางคนเลยเสนอว่ามันน่าจะยังมีแรง (force) แบบอื่นในธรรมชาตินอกเหนือจาก 4 แบบที่เรารู้จัก เลยเกิดเป็นทฤษฎีแรงที่ 5 หรือ The fifth force นักวิทยาศาสตร์ก็พยายามค้นหาเจ้าแรงที่ 5 นี่แหละ ว่ามันคืออะไร มีหน้าที่อะไร มีพลังเท่าไหร่ เพราะแรงทั้ง 4 ที่เรารู้จักมันมีพลังและระยะทำงานที่ต่างกัน เช่นแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม มีพลังดึงดูดสูงมาก แต่ระยะที่มันทำงานได้จะใกล้สุดๆ แค่ระดับอะตอม ส่วนแรงโน้มถ่วงจะมีพลังอ่อนที่สุดในบรรดาแรงทั้งหมด แต่กลับมีระยะที่แรงส่งไปได้ไกลข้ามจักรวาล พอเรารู้แน่ว่าแรงแต่ละชนิดมีพลังและระยะทำงานได้เท่าไหร่ ถ้าเราเจอแรงชนิดใหม่ที่พฤติกรรมไม่เหมือนกับ 4 แบบนี้ ก็อาจจะเป็นแรงชนิดใหม่ก็ได้

11. ทีนี้ตามข่าว นักวิจัยด้านนิวเคลียร์ชาวฮังการีกลุ่มนึงทีแรกตั้งใจว่าจะทำการทดลองเพื่อหาสสารมืด โดยการยิงอนุภาคโปรตอนพลังงานสูงเข้าไปที่แผ่นลิเธียม7 ทำให้เกิดธาตุเบริลเลียม8 ที่ไม่เสถียรและมีพลังงานส่วนเกินถูกปล่อยออกมาในรูปแบบอนุภาคต่างๆ จากนั้นก็วัดมวลดูว่ามีอนุภาคอะไรออกมาบ้าง เผื่อจะเจออะไรแปลกๆ ก็ดันเจอจริงๆ เพราะมีอนุภาคประหลาดที่มวลไม่ตรงกับอนุภาคอื่นๆ ที่เรารู้จักเกิดขึ้นมาแว๊บนึงด้วย นักวิจัยกลุ่มนี้ก็ลองทำซ้ำอีกหลายรอบ ก็ยังเจอแบบเดิม เลยมั่นใจว่าน่าจะเป็นอนุภาคชนิดใหม่ เลยสันนิษฐานว่าเป็นดาร์กโฟตอน (dark photon) ที่กำลังหากันอยู่ แล้วก็เผยแพร่ผลการทดลองออกมาเมื่อปีที่แล้ว แต่คนก็ไม่ค่อยสนใจกันเท่าไหร่

12. แต่มีนักวิจัยอีกกลุ่มที่สหรัฐสนใจความแปลกของมัน เลยเอาผลการทดลองของทีมฮังการีมาลองวิเคราะห์ใหม่ แล้วก็ฟันธงว่านี่มันไม่ใช่ดาร์กโฟตอนหรอกสหาย จากผลที่ได้มันน่าจะเป็นอนุภาคสื่อนำแรง (พวก Boson ในข้อ 7 ไงจ๊ะ ลืมยัง) ชนิดใหม่ที่เป็นสื่อนำแรงที่เราไม่เคยรู้จักมาก่อน!!! เพราะจากมวลที่วัดได้มันไม่ตรงกับอนุภาค Boson อื่นๆ ที่เคยรู้จัก เลยตั้งชื่อชั่วคราวให้ว่า “protophobic X Boson” ส่วนแรงที่มันพามาด้วยก็มีความแปลกประหลาดกว่าแรงอื่นๆ ที่เราเคยรู้จัก เพราะมันทำปฏิกิริยาเฉพาะกับอนุภาคอิเล็กตรอนและนิวตรอนเท่านั้น ไม่เหมือนกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีทำกับโปรตอนและอิเล็กตรอน แถมแรงชนิดใหม่ก็มีระยะทำงานที่แคบสุดๆ ทำให้มันตรวจเจอได้ยากอีกด้วย

13. ซึ่งหากโลกค้นพบแรงชนิดใหม่นี้จริง สมมติฐานเกี่ยวกับอนุภาคและจักรวาลของเราเปลี่ยนแปลงไปอย่างสิ้นเชิง ทีมวิจัยสหรัฐคิดว่ามันอาจจะเป็นแรงที่เกิดขึ้นระหว่างสสารที่เรารู้จักกับสสารมืดก็เป็นได้ เรียกว่าเราอาจจะได้ไขความลับส่วนที่เหลือของจักรวาลไปอีกขั้นเลยทีเดียว

#สรุป1 นักวิจัยฮังการีเจออนุภาคประหลาดจากการทดลอง ทีแรกคิดว่าเป็นโฟตอนมืด แต่นักวิจัยอีกกลุ่มวิเคราะห์ผลใหม่แล้วบอกว่าน่าจะเป็น Boson ชนิดใหม่ที่มากับแรงที่ 5 ที่เรากำลังค้นหากัน แต่ก็ยังต้องรอการทดสอบซ้ำโดยนักวิจัยกลุ่มอื่นเพื่อยืนยันผลอีกที

#สรุป2 ตอนนี้นักวิจัยนิวเคลียร์ทั่วโลกกำลังเดินเครื่องเพื่อทดสอบซ้ำ คาดว่าใช้เวลาไม่เกินหนึ่งปีก็จะรู้ผลละว่าเราเจอแรงชนิดใหม่จริงๆ หรือว่าเป็นแค่ความบังเอิญในการทดลอง ซึ่งก็เป็นเรื่องปกติของวงการวิทยาศาสตร์ที่ต้องตรวจสอบจนกว่าจะแน่ใจ

#สรุป3 อันนี้แถม การรวมแรงทั้ง 4 ในธรรมชาติ เป็นความฝันอันสูงสุดของบรรดานักฟิสิกส์มานานแล้ว เหมือนที่แมกซ์เวลล์เคยรวมแรงแม่เหล็กกับไฟฟ้าเข้าเป็นทฤษฎีเดียวกันได้ แล้วถ้าเรามีทฤษฎีเดียวที่สามารถอธิบายแรงพิ้นฐานทั้ง 4 และความสัมพันธ์ของมันทั้งหมดได้ในสมการเดียว เชื่อว่าเราจะสามารถคำนวนทุกปรากฎการณ์ในจักรวาลได้ ...ตอนนี้ทฤษฎียังพัฒนาไม่เสร็จเลย แต่มีการตั้งชื่อรอไว้แล้วว่า Unified Field Theory หรือบางคนก็เรียก Theory of Everything (TOE) ปู่ไอนสไตน์ก็เคยพยายามคิดทฤษฎีนี้ แต่ยังไม่สำเร็จ ปู่ดันตายก่อน ซึ่งตอนนี้เรามาไกลถึงขั้นรวมแรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์แบบอ่อนและแข็ง เข้าด้วยกันได้แล้ว เรียก Standard Model เหลือแค่แรงดึงดูดที่ยังไม่สามารถรวมเข้ามาได้ ก็มีความหวังอยู่ที่ M-theory ที่พัฒนามาจากทฤษฎีสตริงที่น่าจะช่วยได้ (นี่รวมแรงทั้ง 4 ยังไม่ทันจะเสร็จ แรงที่ 5 มึงก็จะมาอีก)

#สรุป4 อันนี้แถมอีกหน่อย อนุภาคพระเจ้า (God Particle) ที่ CERN ประกาศว่าค้นพบแล้ว ก็คืออนุภาคประเภท (Boson) ชนิดหนึ่งนะจ๊ะ เรียกว่า Higgs Boson มันทำหน้าที่ทำให้อะตอมและสสารทุกชนิดในจักรวาลนี้มีมวล จากอนุภาคเปล่าๆ เกิดมายังไม่มีมวลอะไร พอวิ่งผ่านสนามฮิกส์นี้ก็เกิดมีมวลขึ้นมา ถ้าตอนเกิด Big Bang ไม่มีอนุภาคฮิกส์นี้ ทั้งจักรวาลอาจจะไม่มีมวลอะไรเลยก็เป็นได้

Powered by MakeWebEasy.com