ย้อนไปในปี ค.ศ. 1933 นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ชาวสวิสนามว่า Fritz Zicky ผู้มีผลงานสนับสนุนทฤษฎีและการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ที่สำคัญ เช่น การประมาณการสสารมืดในกระจุกกาแล็กซีโคมา เขาและ Walter Baade เพื่อนร่วมงานเป็นคนแรกที่นิยามคำว่า “Supernova” หรือแปลเป็นไทยอย่างอลังการว่า “มหานวดารา” – การระเบิดครั้งใหญ่ของดาวฤกษ์มวลมากที่ใกล้สิ้นอายุขัย
ขณะที่ Fritz พยายามวัดมวลทั้งหมดของกระจุกกาแล็กซีโดยอาศัยความสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงกาแล็กซี และปรากฏการณ์เชิงแสงเป็นฐานในการประมาณ ก็พบว่ามวลที่สังเกตเห็นได้ไม่อาจคงสภาพสมดุลให้กับกาแล็กซีนั้น ๆ ได้ อีกทั้งต้องใช้มีพลังงานบางอย่างคงสภาพสมดุลให้กับกาแล็กซี มิเช่นนั้นกาแล็กซีจะก่อตัวเป็นรูปร่าง หรือวิวัฒนาการไม่ได้ตามรูปทรงปัจจุบัน นั่นทำให้เขาเชื่อว่ามี “สสารที่มองไม่เห็น รวมถึงพลังงานบางอย่าง”
ภายหลังเราเรียก สสารมืด (Dark Matter) และพลังงานมืด (Dark Energy) โดยสสารมืดมีสมบัติที่ทราบได้อย่างแน่ชัด ก็คือ ไม่มีการแผ่รังสีในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้เครื่องมืออย่างกล้องโทรทรรศน์ตรวจจับไม่ได้เลย เชื่อว่าในเอกภพมีวัตถุที่เรามองเห็นได้อยู่ 4% | เป็นสสารมืด 22% | และพลังงานมืดที่ช่วยปรับสมดุลของโครงสร้างเอกภพอีก 74%
อีกด้านหนึ่งแนวคิดเกี่ยวกับมวลเชิงลบ (Negative Mass) ถูกให้ความสนใจมากขึ้นเรื่อย ๆ จากตอนที่ 1 เรารู้พฤติกรรมของมวลเชิงลบว่า
มีทิศการเคลื่อนที่ตรงกันข้ามกับทิศที่แรงมากระทำกับมัน” เราจึงเรียกการเคลื่อนที่ของมวลเชิงลบว่า Runaway Motion – เคลื่อนที่หนีห่าง และมวลเชิงลบจะยังคงได้รับอิทธิพลภายใต้แรงโน้มถ่วงอยู่ นั่นหมายถึง มันยังคงถูกแรงโน้มถ่วงดึงดูดได้ตามปกติ
ด้วยความแปลกของมวลเชิงลบ ทำให้ในปี 2018 นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์นามว่า “Jamie Farnes” เสนอทฤษฎี “Dark Fluid” โดยมีใจความว่าสสารมืด พลังงานมืด และมวลเชิงลบ อาจเป็นสิ่งเดียวกัน เนื่องจากหากสมมติว่ามันเป็นสิ่งเดียวกัน (https://arxiv.org/abs/1712.07962) จะเกิดความลงตัวในหลาย ๆ เรื่อง เช่น
- แรงโน้มถ่วงมีอิทธิพลกับสสารมืด และมวลเชิงลบได้ทั้งคู่
- ตรวจจับด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ได้ (สสารมืด) และเรายังหาตัวอย่างมวลเชิงลบในธรรมชาติไม่ได้ ก็มีโอกาสที่สสารมืด และมวลเชิงลบอาจเป็นสิ่งเดียวกัน
ทั้งนี้ทฤษฎี Dark Fluid ของ Jamie Farnes พยายามอธิบายว่า สสารมืด และพลังงาน สามารถอธิบายภายใต้กรอบแนวคิดเดียวกันได้ โดย Jamie อธิบายว่า
“เราก็มองมันใหม่ว่าในสเกลระดับกาแล็กซีของไหลมืด (Dark Fluid) ไหลด้วยความเร็วไม่มาก จึงทำให้ในบางกาแล็กซีเราไม่ตรวจพบพลังงานมืด แต่ตรวจพบสสารมืด แต่ถ้าเป็นโครงสร้างเอกภพในระดับที่ใหญ่กว่าสสารมืดจะมีการเคลื่อนตัวที่รวดเร็วหรือเด่นชัดมากขึ้น ก็ให้มองว่าของไหลมืดเป็นทั้งสสารมืดและพลังงานมืด”
สสารมืดและมวลเชิงลบอยู่ตรงไหนของโมเดลมาตรฐานของอนุภาคมูลฐาน
Standard Model
ปัจจุบันอนุภาคมูลฐานแบ่งออกเป็น 4 กลุ่มใหญ่ๆ ได้แก่ Quarks, Leptons, Gauge Bosons และ Scalar Bosons (พบอนุภาค Higgs เพียงตัวเดียว)
สสารปกติที่เราเห็นจับต้องได้ทั่วไปจะอยู่ในกลุ่ม Quarks รวมตัวกันกลายอนุภาคที่รู้จักกันดี เช่น โปรตอน อิเล็กตรอน ซึ่ง 2 ตัวนี้กับนิวตรอนรวมตัวกันเป็นสสารปกติ เช่น ร่างกายของเรา ต้นไม้ ก้อนหิน บลา ๆ นั่นหมายถึงว่า สสารมืด และมวลเชิงลบ อาจเกิดจากอนุภาคมูลฐานกลุ่มอื่น ๆ ที่มีสมบัติพิเศษต่างจาก Quarks เรามักเรียกสสารกลุ่มเหล่านั้นว่า “Exotic Matter” หรือแปลได้ว่า “สสารประหลาด” – ประหลาดในที่นี้หมายถึงมีสมบัติประหลาด เช่น ตรวจจับด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ได้ เคลื่อนที่ไม่เหมือนมวลสารทั่วไป
จึงทำให้ สสารมืด (Dark Matter) และมวลเชิงลบ (Negative Mass) เชื่อว่าจัดอยู่ในอนุภาคมูลฐานกลุ่มที่เหลือ ได้แก่ Leptons, Gauge Bosons เป็นหลัก หรืออาจมีอนุภาคมูลฐานอื่นที่ยังไม่ค้นพบก็เป็นได้
นั่นคือความท้าทายของนักฟิสิกส์ที่จะตามล่าหามันให้เจอ
Sources:
[1] Negative mass. wiki, 2019
[2] Dark matter. wiki, 2019
[3] Fritz Zwicky. wiki, 2019
[4] Elementary particle. wiki, 2019
[5] Standard Model. wiki, 2019
[6] Exotic matter. wiki, 2019
[7] Baryon. wiki, 2019
[8] Dark fluid. wiki, 2019
ยิ่งลึกยิ่งอยากรู้มากขึ้นเท่านั้น