การเปรียบเทียบคลื่นความโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นจากระบบหลุมดำคู่กับคลื่นแบบหมุนที่เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของก้อนมวลบนผืนผ้าสแปนเด็กซ์

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

คณิศร สว่างไสว, ภูดิศ ธนกุลไกรฤทธิ, เปมิกา ฟง

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

มิญช์ เมธีสุวกุล, ปริญญา ศิริมาจันทร์

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนกำเนิดวิทย์

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2565

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

ในการโคจรรอบกันด้วยความเร่งหรือการรวมตัวของระบบหลุมดำคู่ที่มีมวลมาก ทำให้เกิดความโค้งของปริภูมิ-เวลาแผ่ออกมาเป็นคลื่นแรงโน้มถ่วง ปัจจุบัน LIGO สถาบันศึกษาคลื่นแรงโน้มถ่วงของสหรัฐอเมริกา สามารถตรวจจับการเกิดของคลื่นแรงโน้มถ่วง แม้ว่าที่ผ่านมาคลื่นแรงโน้มถ่วงถูกจำลองด้วยหลากหลายรูปแบบ เช่น การเรียนรู้ทางห้องเรียนจาก NASA อธิบายด้วยการเคลื่อนตัวของลูกแก้วบนเจลเจลาติน ตรวจจับคลื่นของเจลด้วยแสงเลเซอร์ และงานวิจัยจากมหาวิทยาลัยโทว์สัน จำลองด้วยลูกกลิ้งบนผืนผ้าสแปนเด็กซ์ แต่การทดลองนี้ยึดตำแหน่งระหว่างลูกกลิ้งให้คงที่ตลอดเวลา ซึ่งไม่ยึดหลักความจริงของปรากฎการณ์ที่การหมุนของดาวมีความเร็วเชิงมุมมากขึ้น ระยะระหว่างดาวจะลดลงจากกฎอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม จากที่กล่าวมาข้างต้น สรุปได้ว่ายังไม่มีงานวิจัยใดที่จำลองการเกิดคลื่นความโน้มถ่วงบนผืนผ้าได้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้น ผู้พัฒนาโครงงานวิจัยจึงต้องการออกแบบการทดลองและแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่สามารถจำลองคลื่นความโน้มถ่วงให้เสมือนจริงมากที่สุด โดยเปรียบเทียบกับข้อมูลคลื่นความโน้มถ่วงจากทาง LIGO

โดยส่วนการทดลอง จะออกแบบและสร้างเครื่องจำลองคลื่นความโน้มถ่วงบนผืนผ้าสแปนเด็กซ์ เก็บข้อมูลการกระจัดของผืนผ้า และวิเคราะห์กราฟ เพื่อเปรียบเทียบ chirp กับข้อมูลจริง ส่วนแบบจำลองทางคณิตศาสตร์จะมีการจำลองการเว้าตัวของแผ่นเยื่อ (membrane indentation) โดยใช้ Finite Element Method (FEM) ใน Comsol จากนั้นนำผลจากทั้งสองแบบมาเปรียบเทียบกับข้อมูลจากทาง LIGO อีกทั้งยังมีการพิจารณารูปแบบของสันคลื่นที่แผ่ออกมาจากการทดลอง โดยนำไปเปรียบเทียบกับ Archimedean spiral พร้อมกับข้อมูลที่ได้มาจากโมเดลทางคณิตศาสตร์ ซึ่งได้ผลว่ารูปแบบของสันคลื่นที่แผ่ออกมามีความใกล้เคียง Archimedean spiral อย่างมากที่ค่า R-Squared เท่ากับ 0.98