อวกาศโค้ง
ความคิดของมนุษย์เกี่ยวกับศูนย์กลางของจักรวาลเริ่มเปลี่ยนไป ตั้งแต่มนุษย์ใช้กล้องโทรทรรศน์สำรวจท้องฟ้า ในปลายคริสต์ศตวรรษที่ 18 เซอร์วิลเลียม เฮอส์เชล (Sir William Herschel) นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษได้ใช้กล้องโทรทรรศน์สำรวจทางช้างเผือก และพบว่าทางช้างเผือกคืออาณาจักรของดาวฤกษ์จำนวนมากมายมหาศาล เฮอส์เชลเข้าใจว่าดวงอาทิตย์อยู่ที่ศูนย์กลางของทางช้างเผือก เขาสเก็ตภาพทางช้างเผือกดังแสดงในภาพที่ 1 โดยให้จุดตรงกลางเป็นตำแหน่งของดวงอาทิตย์ (ปัจจุบันเราทราบว่า ดวงอาทิตย์อยู่ในบริเวณแขนกังหันข้างหนึ่งของกาแล็กซีทางช้างเผือก และจักรวาลประกอบด้วยกาแล็กซีจำนวนมหาศาล)
ภาพที่ 1 รูปทางช้างเผือกของเฮอร์เชล
ปี ค.ศ.1781 (พ.ศ.2324): เฮอร์เชลส่องกล้องโทรทรรศน์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 12 ค้นพบดาวยูเรนัส (Uranus) ดาวเคราะห์ดวงที่ 7 ของระบบสุริยะ ในเวลาต่อมานักดาราศาสตร์ตรวจพบว่า ตำแหน่งของดาวยูเรนัสในวงโคจรผิดปกติเหมือนกับถูกรบกวนด้วยดาวเคราะห์ที่อยู่ถัดออกไป นักดาราศาสตร์ทั่วโลกจึงระดมกันค้นหาดาวเคราะห์ดังกล่าว ในบริเวณตำแหน่งที่ได้คำนวณไว้ด้วยกฎของนิวตัน และในปี ค.ศ.1843 (พ.ศ.2386) จอห์น อดัมส์ นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษก็ค้นพบดาวเนปจูน (Neptune) ดาวเคราะห์ดวงที่ 8 ของระบบสุริยะ
หลังจากค้นพบดาวเนปจูนไม่นาน นักดาราศาสตร์ก็พบปัญหาว่า วงโคจรของดาวพุธรอบดวงอาทิตย์มีการเบี่ยงเบนดังแสดงภาพที่ 2 โดยในระยะแรกเหล่านักดาราศาสตร์ตั้งสมมติฐานว่า เป็นเพราะมีดาวเคราะห์อีกดวงหนึ่งอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าดาวพุธซึ่งมีนามสมมติว่า “วัลแคน” (Valcan) เหล่านักดาราศาสตร์ทั้งหลายพยายามช่วยกันส่องกล้องโทรทรรศน์ค้นหาดาววัลแคน เช่นเดียวกับที่เคยค้นหาดาวเนปจูนแต่ไม่สำเร็จ นักดาราศาสตร์บางคนให้ความเห็นว่า เรามองวัลแคนไม่เห็นเนื่องจากถูกแสงสว่างจากดวงอาทิตย์บดบัง
ภาพที่ 2 วงโคจรของดาวพุธ
จนกระทั่งปี ค.ศ.1919 (พ.ศ.2462) อัลเบิร์ต ไอสไตน์ นักวิทยาศาสตร์ชาวยิวผู้คิดค้นทฤษฎีทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Relativity) ซึ่งรู้จักกันในรูปสูตร E = mc2 ไอสไตน์อธิบายว่า จักรวาลมิได้มีรูปทรงตายตัวอย่างที่ผู้คนทั่วไปคิด จักรวาลประกอบขึ้นด้วยมวลและพลังงานซึ่งเป็นตัวกำหนดมิติของอวกาศเวลา (Spacetime) มวลทำให้อวกาศโค้ง โดยธรรมชาติวัตถุ (รวมทั้งอนุภาคแสง) เดินทางเป็นเส้นตรงเพราะเป็นเส้นทางที่ตรงที่สุด แต่ทว่าเส้นตรงวางอยู่บนอวกาศที่โค้ง วัตถุก็ต้องเดินทางเป็นเส้นโค้ง ยกตัวอย่างเช่น มวลของดวงอาทิตย์ทำให้อวกาศโค้ง ดาวเคราะห์ทั้งหลายจึงเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์เป็นวงโคจรดังแสดงในภาพที่ 3 และเนื่องด้วยดาวพุธอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มาก ความโค้งของอวกาศใกล้ๆ ดวงอาทิตย์จึงมีความชันสูง ดังนั้นการคำนวณตำแหน่งของดาวพุธจะใช้กฎแรงโน้มถ่วงของนิวตันไม่ได้ จำต้องคำนวณด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอสไตน์ จึงจะมีความถูกต้องแม่นยำ
ภาพที่ 3 อวกาศโค้ง (ที่มาภาพ: WGBG Boston)