กาฬสสารและกาฬพลังงาน
สุทัศน์ ยกส้าน
ภาคีสมาชิกราชบัณฑิตยสถาน

สมมุติว่าเรากำลังโดยสารเครื่องบิน ในคืนพระจันทร์ข้างแรม เหนือภูมิประเทศที่เป็นแผ่นดิน เราจะมองไม่เห็นว่า บริเวณเบื้องล่าง ที่เครื่องบินกำลังผ่านไปนั้น เป็นทุ่งนา ป่า หรือเนินเขา ในบางเวลา เราอาจเห็นแสงไฟ เป็นจุดสว่างเล็ก ๆ และรู้ทันทีว่า นั่นคือบ้าน หมู่บ้าน แต่นั่นเป็นเพียงข้อมูล เกี่ยวกับธรรมชาติของสถานที่นั้น ที่เรารู้จัก ซึ่งนับว่าน้อยมาก นักดาราศาสตร์ทุกวันนี้ ก็อยู่ในสภาพเดียวกัน เพราะเวลาดูดาวบนท้องฟ้า ตาเราสามารถเห็นดาวฤกษ์ และดาวเคราะห์บางดวงได้ ประมาณ 2,000 ดวง การมีกล้องโทรทรรศน์ใช้ ทำให้นักดาราศาสตร์ สามารถเห็นจักรวาลได้มากขึ้น และไกลขึ้น ถึงกระนั้น นักดาราศาสตร์ก็ต้องตกใจ เมื่อรู้ว่าบรรดา เนบิวลา กาแล็กซี และดางฤกษ์ต่างๆ ที่กล้องโทรทรรศน์ สามารถเห็นได้นั้น เป็นเพียง 4 % ของสรรพสิ่ง ที่จักรวาลมี หรืออาจกล่าวอีกนัยหนึ่งได้ว่า จักรวาลมีสสารและพลังงานอีก 93 % ที่นักวิทยาศาสตร์ ยังไม่รู้ชัดว่า มันคืออะไร อยู่ที่ใด และมีคุณสมบัติอย่างไรบ้าง นักวิทยาศาสตร์ เรียกสสารที่เรามองไม่เห็น และไม่มีวันเห็นด้วยตาว่า กาฬสาร (dark matter)
อันที่จริง ความคิดเกี่ยวกับเรื่องกาฬสสาร ได้บังเกิดขึ้นเป็นครั้งแรก เมื่อ Fritz Zwicky นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน ได้ศึกษาการหนุนรอบตัวเอง ของกาแล็กซีทางช้างเผือก ในปี 2476 โดยได้วัดความเร็ว ของดาวฤกษ์ต่าง ๆ ที่อยู่ในกาแล็กซี และเขาก็รู้สึกประหลาดใจมาก เมื่อได้พบว่า แทนที่ดาวฤกษ์ ที่อยู่ใกล้จุดศูนย์กลางของกาแล็กซี จะมีความเร็วสูงกว่า ดาวฤกษ์ที่อยู่บริเวณ ขอบของกาแล็กซี ในลักษณะเดียวกับที่ ดาวพุธมีความเร็ว ในการโคจรรอบดวงอาทิตย์ สูงกว่าดาวพูลโต กลับเป็นว่า เหล่าดาวฤกษ์ ที่อยู่ห่างจากจุดศูนย์กลาง ของกาแล็กซี มีความเร็วพอๆ กัน ดังนั้น เขาจึงเห็นกาแล็กซี หมุนรอบตัวเอง ในลักษณะที่เป็นเนื้อเดียว คือแทบทุกส่วน ของกาแล็กซี มีความเร็วเชิงมุมเท่ากันหมด และเมื่อ Zwicky ลงมือวัดความเร็ว ของกาแล็กซี ที่อยู่รวมๆ กัน ในกระจุกกาแล็กซี เขาก็พบว่า กาแล็กซีแต่ละกาแล็กซี มีความเร็วที่สูงมาก จนแรงโน้มถ่วงที่กระทำ ระหว่างกาแล็กซี ไม่น่ามากพอที่จะทำให้ มันอยู่ใกล้กันเช่นนั้นได้
เหตุการณ์ทั้งสองนี้ ทำให้ Zwicky ตระหนักได้ว่า กระจุกกาแล็กซี และกาแล็กซี จะต้องมีสสารที่เขามองไม่เห็นอยู่ภายใน และสสารนี้มีปริมาณมากพอ ที่จะดึงดูดดาวฤกษ์ต่างๆ ให้ใคจรรอบกาแล็กซีด้วยความเร็วที่เท่า ๆ กัน และดึงดูดกาแล็กซี ไม่ให้แตกกระจายจากกัน
แต่ก็มีนักวิทยาศาสตร์อีกกลุ่มหนึ่ง โดยการนำของ Mordechai Milgrom แห่ง Weizmann Institute ในอิสราเอล ที่ไม่เห็นด้วย กับการตั้งสมมุติฐาน เรื่องกาฬสสาร เพราะเขาคิดว่า การที่กระจุกกาแล็กซี ไม่แตกกระจายจากกัน และดาวฤกษ์ต่างๆ โคจรรอบจุดศูนย์กลางของกาแล็กซี ด้วยความเร็วที่เกือบเท่ากัน เพราะกฎแรงดึงดูด ระหว่างมวลของนิวตันผิด คือเราไม่สามารถนำกฎนี้มาใช้กับกาแล็กซีได้
เราทุกคนคงรู้กันดีว่า กฎแรงดึงดูดแบบโน้มถ่วง ระหว่างมวลของนิวตันนั้น ได้แถลงไว้ว่า แรงดึงดูดระหว่างมวล แปรผกผันกับระยะทาง ระหว่างมวลยกกำลังสอง ซึ่งหมายความว่า ถ้าระยะทางระหว่างมวลเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า แรงดึงดูดจะลดลงสี่เท่า และถ้าระยะทางเพิ่มขึ้นเป็นสามเท่า แรงจะลดลงเก้าเท่า เช่นนี้ไปเรื่อยๆ แต่ Milgrom คิดว่า ที่ระยะทางไกล แรงดึงดูดจะไม่เป็นไป ตามกฎของนิวตันนั่นเอง แรงจะแปรผกผัน กับระยะทางกำลังหนึ่ง แต่การคิดเช่นนี้ไม่มีเหตุผลใด ๆ ในทางวิชาการมาสนับสนุน ดังนั้นนักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ จึงไม่ยอมรับทฤษฎี MOND ของ Milgrom (คำว่า MOND ได้มาจากการนำอักษรแรก ของ Modified Newtonian Dynamics มาผสมกัน) แต่ได้ยอมรับว่า จักรวาลมีสสารปริมาณมาก อีกหลายชนิดที่มนุษย์ยังไม่รู้จัก ซึ่งสสารลึกลับเหล่านี้ มีคุณสมบัติไม่เหมือนสสารทั่วไป ที่นักฟิสิกส์รู้จักดี
นักฟิสิกส์จึงได้เสนอทฤษฎีของกาฬสสารมากมาย โดยตั้งชื่อของกาฬสสารต่าง ๆ กัน เช่น planckton, magnetic monopole, neutrino, photino, higgsino, gravitino, neutralino, blackhole, MACHO (จากคำว่า Massive Compact Halo Object), axion, cosmion, Weyl vector meson เป็นต้น และอนุภาคแต่ละตัว มีคุณสมบัติพิลึกพิลั่นต่างๆ แต่เมื่อถึงวันนี้ นักฟิสิกส์ด้านกาฬสสาร มีความคิดว่า อนุภาคที่ดูจะเป็นตัวแทนของกาฬสสาร คือ WIMP (จากคำว่า Weakly Interacting Massive Particle) เพราะอนุภาคชนิดนี้ มีมวลค่อนข้างมาก แต่มีอันตรกิริยาที่ไม่รุนแรง กับสสารชนิดอื่น ๆ จะมีแต่แรงโน้มถ่วง และแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนเท่านั้น ที่มีอิทธิพล ต่อการเคลื่อนที่ของมัน ส่วนแรงแม่เหล็กไฟฟ้า และแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม ไม่มีอิทธิพลต่ออนุภาคชนิดนี้เลย
เมื่อ WIMP เป็นอนุภาคที่ นอกจากจะค่อนข้างเลือกปฏิบัต ิต่อแรงที่มีในธรรมชาติเช่นนี้ และเป็นอนุภาค ที่ไม่มีแสงสว่างในตัวเองด้วย ดังนั้น มันจึงเป็นอนุภาค ที่นักดาราศาสตร์สังเกตเห็นได้ยากมาก ความยุ่งยากในการค้นหา WIMP จึงเปรียบเสมือนกับ ความยากลำบากในการค้นหาถุงเท้าสีดำ ในบ้านยามไฟดับ แต่ถึงกระนั้น นักฟิสิกส์ส่วนมาก ก็มั่นใจว่า จักรวาลมีกาฬสสารจริง เพราะการคำนวณโดยใช้คอมพิวเตอร์ ได้แสดงให้เห็นว่า ถ้าจักรวาลมีกาฬสสารชนิด WIMP แรงโน้มถ่วง จะดึงดูดกาแล็กซี และจัดรูปทรงให้มัน มีลักษณะดังที่นักดาราศาสตร์สังเกตเห็น แต่เมื่อแบบจำลองที่สร้างนี้ แสดงให้เห็นว่า ความหนาแน่นของกาฬสสารในกาแล็กซี จะมีค่าสูงสุดที่จุดศูนย์กลางของกาแล็กซี นั่นคือที่จุดศูนย์กลาง ของกาแล็กซี ความหนาแน่นของกาฬสสาร จะสูงถึงอนันต์ (infinite) แล้วความหนาแน่น จะลดลงที่ระยะห่างออกไป พูดง่ายๆ คือ กราฟความหนาแน่น ของกาฬสสาร จะมียอดแหลมเหมือนเจดีย์ การตรวจวัดความหนาแน่นของกาฬสสาร จึงเป็นเรื่องจำเป็น วิธีการสังเกตดูเมฆไฮโดรเจน ที่บริเวณจุดศูนย์กลางของกาแล็กซีต่าง ๆ ขณะก๊าซเคลื่อนที่ไปรอบศูนย์กลาง เป็นวิธีการหนึ่ง ที่นักดาราศาสตร์ใช้ ในการวัดปริมาณของกาฬสสาร ในบริเวณต่าง ๆ ของกาแล็กซี เพราะถ้าก๊าซเคลื่อนที่เร็ว นั่นแสดงว่า ก๊าซในบริเวณนั้นถูกกาฬสสาร ส่งแรงโน้มถ่วงกระทำมาก ดังนั้นกาฬสสารในบริเวณนั้นก็มีมากด้วย
แต่การสังเกตโดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุ ดูสเปกตรัมแสงไฮโดรเจน ที่มีความยาวคลื่น 21 เซนติเมตร กลับให้ข้อมูลที่แสดงว่า ความหนาแน่นของไฮโดรเจนในปริเวณจุดศูนย์กลางของกาแล็กซี มิได้มีค่าสูงถึงอนันต์ นั่นคือกราฟความหนาแน่น ของกาฬสสารที่จุดศูนย์กลาง มิได้เป็นยอดแหลมเช่นยอดเจดีย์ แต่กลมมนเช่นหลังคาโค้งกลม การสังเกตเห็นนี้ จึงขัดแย้งกับทฤษฎีมีกาฬสสารในจักรวาล
แต่เมื่อ Ben Moore แห่งมหาวิทยาลัย California ที่ Berkeley ตีพิมพ์รายงานเกี่ยวกับเรื่องนี้ ในวารสาร Nature ฉบับที่ 376 เมื่อต้นปี 2546 นักดาราศาสตร์หลายคน ได้ชี้ให้เห็นว่า กล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ Moore ใช้ในการสำรวจกาฬสสาร เป็นกล้องที่ประสิทธิภาพไม่สูง ดังนั้น กล้องจึงไม่สามารถทำให้ Moore เห็นยอดแหลมของความหนาแน่นได้ ทว่าเมื่อสังเกตดูก๊าซ โดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุ ที่มีกำลังสูงกว่า ก็ไม่ได้ทำให้นักดาราศาสตร์ เห็นยอดแหลมของความหนาแน่นอีก ดังนั้นวงการดาราศาสตร์ จึงเผชิญวิกฤตการณ์ทางปัญญา ซึ่งมีผลทำให้นักทฤษฎี เกี่ยวกับกาฬสสารต้องหาทางพิชิตปัญหา โดยการตกแต่งหรือดัดแปลงทฤษฎีใหม่ แต่เรื่องจะกลับไปเชื่อทฤษฎีของ Milgrom ที่ว่า กฎแรงดึงดูดระหว่างมวลของนิวตันผิดนั้น ก็เป็นเรื่องที่ไม่มีใครรับได้ เหตุการณ์เหล่านี้ จึงทำให้นักวิทยาศาสตร์หลายคน รู้สึกท้อใจ เพราะนักวิทยาศาสตร์ ใช้เงินวิจัยเรื่องนี้ไป นับหมื่นล้านบาทแล้ว แต่ก็ยังไม่รู้ชัดว่ากาฬสสารที่แท้จริงคืออะไร
จึงเป็นว่า ณ วันนี้ นักฟิสิกส์กำลังเปิดใจกว้าง เกี่ยวกับเรื่องนี้อยู่ และหวังว่า เมื่อกล้องโทรทรรศน์ของ NASA กล้องใหม่ ชื่อ Jomes Webb Space Telescope ซึ่งเป็นทายาทของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Hubble ถูกส่งขึ้นไป ค้นหากาฬสสารในปี 2553 แล้ว นักฟิสิกส์จะมีข้อมูล สำหรับสร้างทฤษฎีของกาฬสสารที่ดีขึ้น
แต่ก็มีนักฟิสิกส์บางคนที่คิดว่า การคิดหาอนุภาคของกาฬสสารที่แปลกไม่จำเป็น เพราะเราเพียงแต่เอาอนุภาคเก่า ๆ ที่เรารู้จักดี มาพิจารณาใหม่ให้ละเอียด และถี่ถ้วนขึ้น เราก็จะสามารถใช้อนุภาคเก่านั้น อธิบายคุณสมบัติ ของกาฬสสารได้หมด Jeremiah Ostriker แห่งมหาวิทยาลัย Cambridge ในประเทศอังกฤษ เป็นผู้หนึ่งที่เชื่อว่า หลุมดำ (blackhole) ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์เป็นล้าน ๆ เท่า คือส่วนหนึ่งของกาฬสสาร เพราะหลุมดำเหล่านี้ ถือกำเนิดหลังจากจักรวาลระเบิด ได้เพียง 2-3 วินาที และขณะนี้ หลุมดำที่มีมวลมากมหาศาลเหล่านี้ ต่างก็ถือพำนักอยู่ที่ใจกลางของกาแล็กซีแล้ว การมีมวลมาก และมีแรงดึงดูดแบบโน้นถ่วงมาก อีกทั้งมีสีดำที่มืดสนิท จึงน่าทำให้คนทุกคน เชื่อเรื่องกาฬสสาร โดยไม่มีข้อสงสัยใดๆ
ณ วันนี้ งานวิจัยเรื่องกาฬสสาร จึงเป็นงานวิจัยที่สำคัญยิ่งงานหนึ่ง ในโลกมืด ของนักฟิสิกส์ที่ยิ่งใหญ่พอๆ กับ การค้นหาพลังงานลึกลับ ที่ขับเคลื่อนจักรวาล ให้ขยายตัวด้วยความเร่ง ดังที่ Adam Riess และ Saul Perlmutter แห่ง Lawrence Berkeley National Laboratory ในรัฐแคลิฟอร์เนีย ในสหรัฐอเมริกา ได้เคยทำให้โลกตกตะลึง ในปี 2541 เมื่อเขาทั้งสองรายงานว่า จักรวาลกำลังขยายตัวอย่างรีบเร่ง แทนที่จะขยายตัว ด้วยความเร็วสม่ำเสมอ หรือช้าลง หลังจากการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ เมื่อ 13,700 ล้านปีก่อน หรืออาจกล่าวอีกนัยหนึ่ง ได้ว่า ความเร็วในการขยายตัวของจักรวาล เพิ่มตลอดเวลา โดยคนทั้งสองได้ข้อสรุปนี้ จากการศึกษาระเบิดของดาว Supernova ชนิด 1a จำนวนมาก เพราะเหตุว่า ดาวประเภทนี้ เวลาระเบิด จะระเบิดในลักษณะเดียวกัน คือ ให้ความสว่างเท่ากัน ดังนั้นการวัดความสว่างของดาวชนิดนี้ เวลาระเบิด จะทำให้นักดาราศาสตร์รู้ว่า ดาว Supernova อยู่ห่างจากโลกเพียงใด ทั้งนี้เพราะความเข้มของการส่องสว่างของมัน แปรผกผันกับระยะทางกำลังสอง และเมื่อนักดาราศาสตร์ รู้ความเร็วของดาว supernova จากการวัดความยาวคลื่นแสง ที่เปลี่ยนไปจากปกติ ข้อมูลความเร็วและระยะทาง จะทำให้นักดาราศาสตร์รู้ว่า ณ เวลาต่าง ๆ ในอดีต นับตั้งแต่วินาทีที่จักรวาลขยายตัว ความเร็วในการขยายตัว สูงหรือต่ำเพียงใด แล้ว Riess กับ Perlmutter ก็ต้องตกตะลึง เมื่อพบว่า เวลายิ่งผ่านไปนานเพียงใด จักรวาลก็ยิ่งขยายตัว ด้วยความเร็วที่เพิ่มมากเพียงนั้น
ความรู้นี้ จึงขัดกับสามัญสำนึกของคนทั่วไป เพราะเวลาก๊าซขยายตัว ความดันของก๊าซจะลด ทำให้ความเร็วในการขยายตัวลดด้วย แต่เมื่อนักฟิสิกส์รู้ว่า จักรวาลถือกำเนิด จากการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ ซึ่งทำให้จักรวาลขยายตัวอย่างเร็วรี่ในตอนเริ่มต้น แล้วในเวลาต่อมา สสารได้เย็นลง จนอนุภาคต่างๆ เช่น โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน ได้รวมตัวกันเป็นอะตอม โมเลกุล ดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ และกาแล็กซี จากนั้นแรงโน้มถ่วงระหว่างมวล ดาว และกาแล็กซี ก็น่าจะทำให้อัตราการขยายตัว ของจักรวาลลดลงๆ แต่ข้อมูลที่ได้ จากการสังเกตดาว supernova กลับแสดงให้เห็นว่า จักรวาลมีแรงลึกลับ อีกแรงหนึ่ง ที่ต่อต้านแรงดึงดูดโน้มถ่วง นี่คือแรงผลักโน้มถ่วง (antigravity) ระหว่างมวล นักฟิสิกส์ เรียกพลังงานที่ทำให้ เกิดแรงผลักโน้มถ่วงว่า กาฬพลังงานงาน (dark energy)
ปัญหาที่ติดตามมาคือ อะไรเป็นต้นเหตุ ที่ทำให้ธรรมชาติมีพลังงานชนิดนี้ ทฤษฎีควอนตัมของสนาม ที่นักฟิสิกส์ใช้อธิบาย คุณสมบัติของสุญญากาศ (Vacuum) ได้แสดงให้เห็นว่า สุญญากาศที่คนทั่วไป เชื่อว่าไม่มีอะไรเลยนั้น จริงๆ มีอนุภาค และปฎิอนุภาค (antiparticle) ตลอดเวลา เช่น มีอิเล็กตรอน ที่เป็นอนุภาค และมีโพสิตรอน ที่เป็นปฏิอนุภาคของมัน การสร้าง และการทำลายอนุภาคเหล่านี้ สามารถสร้างแรงดันมหาศาลได้ แต่แรงดันที่ว่านี้ แตกต่างจากแรงดัน ในก๊าซธรรมดา เพราะก๊าซเวลาขยายตัว แรงดันจะลด แต่สุญญากาศ (จักรวาล) เวลาขยายตัว แรงดันจะเพิ่ม ดังนั้น เวลาจักรวาลยิ่งขยาย แรงดันก็ยิ่งเพิ่ม นั่นคือ แรงดันสุญญากาศ ให้กำเนิดกาฬพลังงาน และพลังงานนี้ ทำให้จักรวาลขยายตัว ด้วยความเร่งจนทุกวันนี้
เมื่อเดือนมีนาคม 2546 Robert Caldwell แห่ง Dartmouth College ที่ Hanover ในสหรัฐอเมริกา ได้รายงานเพิ่มเติมว่า เมื่อธรรมชาติของกาฬพลังงาน เป็นดังที่ว่านี้ นั่นก็หมายความว่า ในอนาคตอันไกลโพ้น เมื่อจักรวาลขยายตัวมากขึ้นๆ กาฬพลังงานก็ยิ่งมากขึ้นด้วย จนในที่สุด แรงผลักระหว่างมวล ก็จะทำให้สรรพสิ่งทุกรูปแบบในจักรวาลแตกสลาย โดย Caldwell เชื่อว่าในอีก 2,000 ล้านปี กระจุกกาแล็กซี จะกระจุยกระจายจากกัน แล้วอีก 500 ล้านปีต่อมา กาแล็กซีต่าง ๆ ซึ่งรวมทั้งกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา ก็จะถึงจุดจบ ด้วยการแตกกระจายสิ้น จากนั้นสุริยจักรวาลก็จะถูกทำลาย แล้วในที่สุด ทั้งโลกและอะตอมก็จะพังพินาศ โดยอิเล็กตรอนจะหลุดจากอะตอม และนิวตรอนก็จะกระเด็น กระจัดกระจายจากนิวเคลียส แต่เราๆ ก็คงไม่ต้องกังวลใจนัก เพราะเหตุการณ์จักรวาลระเบิด ยังไม่เกิดในเร็วๆ นี้แต่อาจจะเกิดในอนาคตอีก 22,000 ล้านปี ส่วนเหตุผลอีกประการหนึ่ง ที่เรายังไม่ต้องกลุ้มใจคือ นักฟิสิกส์ยังไม่เชื่อในคำพยากรณ์นี้ 100% เพราะเรายังไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับ ธรรมชาติของกาฬพลังงานที่สมบูรณ์ ดังนั้นเราต้องอาศัย การสังเกต และการวัดคุณสมบัติของกาฬพลังงานอีกมาก
เมื่อเดือนพฤษภาคมที่ผ่านมา Wayne Hu แห่งมหาวิทยาลัย Chicago ในสหรัฐอเมริกา กับ คณะนักจักรวาลวิทยาจาก 24 สถาบันทั่วโลก ได้รายงานในวารสาร Science ว่า เขาและทีมงาน ได้ตรวจพบอย่างชัดเจนว่า จักรวาลมีกาฬพลังงานจริง โดยได้เห็นปรากฏการณ์ Integrated Sachs Wolfe (ISW)
ทฤษฎีสัมพันธภาพทั่วไปของ Einstein ทำนายว่า เวลาแสงเคลื่อนที่ ผ่านใกล้กระจุกกาแล็กซี แรงโน้มถ่วงที่มากมหาศาล ของกระจุกกาแล็กซี จะดึงดูดอนุภาคแสง ให้พุ่งโค้งลงเล็กน้อย ทำให้มันมีพลังงานจลน์เพิ่มขึ้น เหมือนเวลาลูกฟุตบอลกลิ้งลงตามพื้นเอียง แต่เมื่ออนุภาคแสงเคลื่อนที่ ผ่านกระจุกกาแล็กซีไปแล้ว อนุภาคแสงก็จะเสียพลังงานจลน์ เพราะขณะนี้มันมีสภาพเหมือนลูกฟุตบอล ที่กำลังเคลื่อนที่ขึ้น ตามพื้นที่เอียง ถ้าพื้นที่เอียงลง มีคุณสมบัติเหมือนพื้นที่เอียงขึ้น ทุกประการ อนุภาคแสง ก็ไม่สูญเสียพลังงานจลน์เลย เมื่อมันเคลื่อนที่ ผ่านกระจุกกาแล็กซีไป แต่ถ้าบริเวณกระจุกกาแล็กซี มีกาฬพลังงาน บริเวณรอบกระจุกกาแล็กซี จะถูกสนามของกาฬพลังงานรบกวน ทำให้อนุภาคแสง เวลาที่เคลื่อนที่ ผ่านกระจุกกาแล็กซีไปแล้ว มีพลังงานไม่เท่ากัน เช่นถ้าอนุภาคแสงที่เวลาตกสู่ระจุกกาแล็กซี มีพลังงานมากกว่า ตอนพุ่งหนีจากกระจุกกาแล็กซี การมีพลังงานเพิ่ม จะทำให้ความถี่ของมันเพิ่ม และนั่นก็หมายความว่า อนุภาคแสง มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น ทฤษฎีสัมพันธภาพทั่วไป ยังแสดงให้เห็นอีกว่า ปรากฏการณ์ ISW นี้จะเกิดขึ้น เฉพาะเมื่อจักรวาล มีกาฬพลังงานเป็นองค์ประกอบหลักเท่านั้น
และเมื่อคณะนักวิทยาศาสตร์ใช้ดาวเทียม Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) ดูแสงที่ผ่านใกล้กลุ่มกาแล็กซี ในโครงการชื่อ Sloan Digital Sky Survey (SDSS) เขาก็ได้เห็นปรากฏการณ์ ISW ชัดเจน เพราะโครงการ SDSS ยังไม่ลุล่วง จนกระทั่งปี 2549 ดังนั้น เมื่อถึงเวลานั้น คณะนักวิทยาศาสตร์ จึงคาดหวังจะได้ข้อมูลเพิ่ม อีกสองสามเท่า ซึ่งคงมากพอ ที่ให้เขารู้ว่า กาฬพลังงานในจักรวาล มมากหรือน้อยเพียงใด ธรรมชาติของกาฬพลังงานเป็นเช่นไร และกาฬพลังงาน มีคุณสมบัติที่ขึ้นกับกาลเวลาหรือไม่ เพราะกาฬพลังงาน มีมวลมากถึง 73 % ของมวลที่จักรวาลมี และกาฬสสารก็มีมวลมากประมาณ 23 % ในขณะที่ สสารธรรมดามีมวลเพียง 4 % เท่านั้นเอง ดังนั้น เราจึงอาจสรุปได้ว่า ทุกสิ่งทุกอย่างที่เราเห็น ณ วันนี้ จึงเป็นเพียงความรู้ และความเข้าใจที่น้อยนิด เมื่อเปรียบเทียบกับความไม่รู้ ทั้ง ๆ ที่ สิ่งที่เราไม่รู้นี่แหละ คือตัวกำหนดชะตาชีวิตของจักรวาลครับ