จักรวาลวิทยาสมัยใหม่ (Modern Cosmology) เริ่มต้นขึ้นเมื่อไอน์สไตน์เสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในปี ค.ศ.1915 ทฤษฎีอันทรงพลังนี้เป็นจุดเริ่มต้นที่ทำให้นักฟิสิกส์สามารถทำนายสิ่งที่น่าพิศวงหลายอย่าง เช่น บิ๊กแบง หลุมดำ และคลื่นความโน้มถ่วง

ในเรื่องหลุมดำ ความรู้ความเข้าใจก็มีพัฒนาการมาอย่างต่อเนื่องและยาวนาน ผมจึงประมวลเหตุการณ์สำคัญๆ มาไว้ในบทความชุดนี้ โดยใช้ปี ค.ศ. เพื่อให้อ้างอิงกับแหล่งข้อมูลส่วนใหญ่ได้โดยง่าย

ในบางกรณีอาจให้ข้อมูลเหตุการณ์สำคัญอื่นๆ ประกอบเพื่อให้เข้าใจบริบทแวดล้อมไว้ด้วย

1676 : โอเลอ เรอเมอร์ (Ole Romer) นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์ก เป็นคนแรกที่คิดค้นวิธีวัดอัตราเร็วของแสง

1687 : ผลงานชิ้นเอกของเซอร์ไอแซ็ก นิวตัน (Sir Isaac Newton) คือตำรา Philosophi? Naturalis Principia Mathematica หรือที่มักเรียกสั้นๆ ว่า Principia ได้รับการตีพิมพ์เผยแพร่เป็นครั้งแรก

ตำราเล่มนี้มี 3 เล่ม เขียนด้วยภาษาละติน และได้รับอนุมัติให้จัดพิมพ์อย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 5 กรกฎาคม ค.ศ.1686 โดย ซามูเอล เพพิส (Samuel Pepys) ซึ่งขณะนั้นเป็นประธานของราชสมาคม (Royal Society)

น่ารู้ด้วยว่าชื่อเต็มของราชสมาคมในขณะนั้นคือ The Royal Society of London for Improving Natural Knowledge หรือราชสมาคมแห่งดอนเพื่อการปรับปรุงความรู้ทางธรรมชาติ (ชื่อเต็มนี้เริ่มใช้เมื่อวันที่ 23 เมษายน ค.ศ.1663)

1783 : จอห์น มิเชลล์ (John Michell) นำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับดาวซึ่งมีความโน้มถ่วงสูงมากจนมีความเร็วหลุดพ้นสูงกว่าอัตราเร็วของแสง หมายความว่า หากแสงพุ่งออกจากไปผิวของดาวแบบนี้ ก็จะถูกดูดกลับมาในที่สุด ทำให้ผู้สังเกตที่อยู่ไกลออกไปไม่สามารถมองเห็นดาวดังกล่าวได้ น่ารู้ด้วยว่ามิเชลล์มองว่าแสงเป็นอนุภาคตามแนวคิดของนิวตัน ซึ่งเรียกอนุภาคของแสงว่า คอร์พัสเคิล (corpuscle)

มิเชลล์จึงเรียกดาวเช่นนั้นว่า “dark stars (ดาวมืด)” เขารายงานการทำนายดังกล่าวต่อราชสมาคม เมื่อวันที่ 27 พฤศจิกายน ค.ศ.1783 นับเป็นครั้งแรกที่มีการเสนอแนวคิดเกี่ยวกับหลุมดำ

น่ารู้ด้วยว่า จอห์น มิเชลล์ ยังเป็นบุคคลแรกที่เสนอว่าแผ่นดินไหวเคลื่อนที่เป็นคลื่น อธิบายวิธีการผลิตแม่เหล็กเทียม และประยุกต์ใช้สถิติในการศึกษาจักรวาล โดยตระหนักว่าดาวคู่เกิดจากการที่ดาวแต่ละดวงดึงดูดกันด้วยแรงโน้มถ่วง

1796 : ปีแยร์-ซีมง ลาปลัส (Pierre-Simon Laplace) อภิปรายเกี่ยวกับวัตถุซึ่งมีความเร็วหลุดพ้นสูงกว่าอัตราเร็วแสง และพิสูจน์ด้วยคณิตศาสตร์ บทความดังกล่าวปรากฏในเอกสารชื่อ Le Systeme du Monde ในการตีพิมพ์ครั้งแรก (ค.ศ.1796) และครั้งที่สอง (ค.ศ.1799) แต่ไม่ปรากฏในการตีพิมพ์ครั้งที่สาม (ค.ศ.1808) และหลังจากนั้น

1905 : ไอน์สไตน์เสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (Special Relativity) ซึ่งเป็นทฤษฎีที่ผนวกรวมที่ว่าง (space) เข้ากับเวลา (time) เกิดเป็นความต่อเนื่องเรียกว่า กาลอวกาศ (spacetime) รวมแสดงให้เห็นว่ามวลสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานได้และกลับกัน

1915 : วันที่ 25 พฤศจิกายน 1915 ไอน์สไตน์นำเสนอผลงานในการประชุมวิชาการของสภาแห่งปรัสเซีย ครั้งที่ 4 ใช้ชื่อบทความว่า Die Feldgleichungen der Gravitation ซึ่งแปลเป็นภาษาอังกฤษคือ The Field Equations of Gravitation (สมการสนามสำหรับความโน้มถ่วง)

ในการนำเสนอผลงานครั้งประวัติศาสตร์นี้ ไอน์สไตน์นำเสนอสมการสนามที่ถูกต้องสมบูรณ์ มีลักษณะโคแวเรียนซ์แบบทั่วไป สมการสนามของไอน์สไตน์เป็นหัวใจของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Relativity) ประเด็นสำคัญประการหนึ่งของทฤษฎีนี้คือ มวล หรือความหนาแน่นของพลังงานสามารถทำให้กาลอวกาศโค้งงอได้

1916 (1) : ไอน์สไตน์ตีพิมพ์บทความซึ่งเสนอความเป็นไปได้ในของการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง (gravitational waves) บทความดังกล่าวมีชื่อว่า N?herungsweise Integration der Feldgleichungen der Gravitation (An approximate integration of the field equations of gravitation) ตีพิมพ์ในเดือนมิถุนายน จุดน่าสนใจคือ ตัวไอน์สไตน์เองก็ยังคงลังเลใจว่าคลื่นความโน้มถ่วงที่เขาทำนายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมีอยู่จริงหรือไม่

แต่อีก 99 ปีต่อมา LIGO Scientific Collaboration ก็สามารถตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงได้เป็นครั้งแรกเมื่อวันที่ 14 กันยายน ค.ศ.2015 และประกาศการค้นพบอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 11 กุมภาพันธ์ ค.ศ.2016 ประเด็นสำคัญคือ คลื่นความโน้มถ่วงนี้เกิดจากการรวมกันของหลุมดำ 2 หลุม

อันแสดงให้เห็นว่าหลุมดำมีจริงและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปใช้งานได้ในบริบทนี้

สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022