อวกาศโค้ง

        ความคิดของมนุษย์เกี่ยวกับศูนย์กลางของจักรวาลเริ่มเปลี่ยนไปตั้งแต่มนุษย์ใช้กล้องโทรทรรศน์สำรวจท้องฟ้า  เซอร์วิลเลียม เฮอส์เชล (Sir William Herschel) นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษได้ใช้กล้องโทรทรรศน์สำรวจทางช้างเผือก และพบว่าทางช้างเผือกคืออาณาจักรของดาวฤกษ์จำนวนมากมายมหาศาล  เฮอส์เชลเข้าใจว่าดวงอาทิตย์อยู่ที่ศูนย์กลางของทางช้างเผือก เขาสเก็ตภาพทางช้างเผือกดังภาพที่ 1 จุดตรงกลางคือตำแหน่งของดวงอาทิตย์  (ปัจจุบันเราทราบว่า ดวงอาทิตย์อยู่ในบริเวณแขนกังหันข้างหนึ่งของกาแล็กซีทางช้างเผือก และจักรวาลประกอบด้วยกาแล็กซีจำนวนมหาศาล)   

ภาพที่ 1 รูปทางช้างเผือกของเฮอร์เชล

        ปี ค.ศ.1781 (พ.ศ.2324) เฮอร์เชลส่องกล้องโทรทรรศน์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 12 ค้นพบดาวยูเรนัส (Uranus) ดาวเคราะห์ดวงที่ 7 ของระบบสุริยะ  ในเวลาต่อมานักดาราศาสตร์ตรวจพบว่า ตำแหน่งของดาวยูเรนัสในวงโคจรผิดปกติเหมือนกับถูกรบกวนด้วยดาวเคราะห์ที่อยู่ถัดออกไป  นักดาราศาสตร์ทั่วโลกระดมกันค้นหาดาวเคราะห์ดังกล่าวในบริเวณตำแหน่งที่ได้คำนวณไว้โดยใช้กฎของนิวตัน และในปี ค.ศ.1843 (พ.ศ.2386) จอห์น อดัมส์ นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษก็ค้นพบดาวเนปจูน (Neptune) ดาวเคราะห์ดวงที่ 8 ของระบบสุริยะ 

        หลังจากค้นพบดาวเนปจูนได้ไม่นาน นักดาราศาสตร์ก็พบปัญหาว่า วงโคจรของดาวพุธรอบดวงอาทิตย์มีการเบี่ยงเบนดังภาพที่ 2   โดยในระยะแรกเหล่านักดาราศาสตร์ตั้งสมมติฐานว่า เป็นเพราะมีดาวเคราะห์อีกดวงหนึ่งอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าดาวพุธ มีนามสมมติว่า “วัลแคน” (Valcan)  นักดาราศาสตร์ทั้งหลายพยายามช่วยกันส่องกล้องโทรทรรศน์ค้นหาดาววัลแคน เช่นเดียวกับที่เคยค้นหาดาวเนปจูนแต่ไม่เคยสำเร็จ นักดาราศาสตร์บางคนให้ความเห็นว่า เรามองวัลแคนไม่เห็นเนื่องจากแสงสว่างจากดวงอาทิตย์บดบัง  

ภาพที่ 2 วงโคจรของดาวพุธ

        จนกระทั่งปี ค.ศ.1919 (พ.ศ.2462) อัลเบิร์ต ไอสไตน์ นักวิทยาศาสตร์ชาวยิวได้คิดค้นทฤษฎีทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Relativity) ซึ่งมักเห็นกันทั่วไปในรูปสูตร E = mc2   ไอสไตน์อธิบายว่า จักรวาลมิได้มีรูปทรงตายตัวอย่างที่ผู้คนทั่วไปคิด  จักรวาลประกอบขึ้นด้วยมวลและพลังงานซึ่งเป็นตัวกำหนดมิติของอวกาศเวลา (Spacetime)  มวลทำให้อวกาศโค้ง โดยธรรมชาติวัตถุ (รวมทั้งแสง) จะเดินทางเป็นเส้นตรงเพราะเป็นเส้นทางที่ตรงที่สุด แต่ทว่าเส้นตรงวางอยู่บนอวกาศที่โค้ง  วัตถุก็ต้องเดินทางเป็นเส้นโค้ง  ยกตัวอย่างเช่น มวลของดวงอาทิตย์ทำให้อวกาศโค้ง ดาวเคราะห์ทั้งหลายจึงเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์เป็นวงโคจรดังภาพที่ 3   และเนื่องด้วยดาวพุธอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มาก ความโค้งของอวกาศใกล้ๆ ดวงอาทิตย์จึงมีความชันสูง   ดังนั้นการคำนวณตำแหน่งของดาวพุธจะใช้กฎแรงโน้มถ่วงของนิวตันไม่ได้  จะต้องคำนวณด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอสไตน์จึงจะมีความถูกต้องแม่นยำ

ภาพที่ 3 อวกาศโค้ง (ที่มาภาพ: WGBG Boston)