5.2 กำเนิดเอกภพ

5.2 กำเนิดเอกภพ

ปัจจุบันเอกภพประกอบดัวยกาแล็กซีจำนวนเป็นแสนล้านกาแล็กซีระหว่างกาแล็กซีเป็นอวกาศที่เวิ้งว้างกว้างไกล เอกภพจึงมีขนาดใหญ่โดยมีรัศมีไม่น้อยกว่า 13,700 ล้านปีแสง ภายในกาแล็กซีแต่ละแห่งประกอบด้วยดาวฤกษ์จำนวนมากโลกของเราเป็นดาวเคราะห์หืดวงหนึ่งในระบบสุริยะ ซึ่งเป็นสมาชิกของกาแล็กซีของเรา บิกแบงเป็นทฤษฎีที่อธิบายถึงการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ที่ทำให้พลังงานส่วนหนึ่งเปลี่ยนเป็นสสารมีวิวัฒนาการต่อเนื่องจนเกิดเป็นกาแล็กซี เนบิวลา ดาวฤกษ์ ระบบสุริยะ โลก ดวงจันทร์ และสิ่งมีชีวิตต่างๆ ในปัจจุบัน

เอกภพ(Universe) เป็นระบบรวมของดาราจักรที่มีอาณาเขตกว้างใหญ่ไพศาลมาก เชื่อกันว่าในเอกภพมีดาราจักรรวมอยู่ประมาณ 10,000,000,000 ดาราจักร (หมื่นล้านดาราจักร) ในแต่ละดาราจักรจะประกอบด้วยระบบของดาวฤกษ์ (Stars) กระจุกดาว (Star clusters) เนบิวลา (Nebulae) หรือหมอกเพลิง ฝุ่นธุลีคอสมิก (Cosmic dust) ก๊าซ และที่ว่างรวมกันอยู่

จุดเริ่มต้นของสรรพสิ่ง หมายความว่า ก่อนหน้านั้นไม่มีสิ่งใดดำรงอยู่เลย หลังจากจุดนั้นสรรพสิ่งเริ่มปรากฎ ขึ้น คำพูดที่ว่าทารกได้ “กำเนิด” ขึ้นจากเดิมที่ไม่มีอยู่ สามารถใช้ได้กับการกำเนิดของเทหวัตถุบนท้องฟ้า เช่น การกำเนิดโรค การกำเนิดระบบสุริยะ การกำเนิดดวงดาว และการกำเนิดกาแล็กซีเป็นต้น โลกกำเนิดจากการรวมตัวของผงฝุ่น ความจริงแล้วไม่เพียงแต่ระบบสุริยะ ดวงดาว และกาแล็กซีเท่านั้น แม้แต่ทารกก็กำเนิดจากการรวมตัวของมวลสารในโลกอันได้แก่ อะตอมและ โมเลกุล ซึ่งประกอบกันขึ้นโดยในรูปแบบการรวมตัวที่แตกต่างกัน แสดงให้เห็นว่ามวลสารที่เคยมีอยู่เดิมนั้น เดียวนี้ก็คงยังมีอยู่แต่เปลี่ยนแปลงรูปแบบของการรวมตัวเท่านั้น ที่มาหรือกำเนิดเอกภพเป็นอย่างไร เอกภพประกอบขึ้นจากสรรพสิ่งที่อยู่รอบตัวเรา มนุษย์ โลก ดวงอาทิตย์ ดวงดาว เนบิวลา และกาแล็กซีเป็นต้น เอกภพมีการกำเนิดเหมือนกับโลกหรือไม่ ก่อนหน้าที่จะถึง ณ เวลาหนึ่ง เอกภพไม่ได้ดำรงอยู่ แต่หลังจาก ณ จุดเวลานั้นจึงมีเอกภพปรากฏขึ้น สำหรับดวงดาว ก่อนหน้าดวงดาวจะกำเนิดขึ้น มวลสารต่างๆที่ประกอบขึ้นเป็นดวงดาวอยู่ในรูปของอะตอมและโมเลกุล

สำหรับเอกภพแล้วไม่มีสิ่งใดที่จะรองรับอะตอมและโมเลกุลเหล่านี้ อะตอมและโมเลกุลเหล่านี้มาจากที่ใด ยังคงเป็นปัญหาต่อไป มีความเห็นแตกต่างกันมากมายเกี่ยวกับกำเนิดเอกภพจนถึงปัจจุบันก็ยังมีข้อสรุปและไม่มีทฤษฎีที่แน่ชัด แต่ที่ไดรับการยอมรับที่สุด คือ ทฤษฎีการระเบิดใหญ่ (big-bang theory หรือทฤษฎีบิกแบง) โดย เลแมตร์ (G.Lemaitre) ได้กล่าวไว้ว่า ในอดีตเอกภพมีลักษณะเป็นรูปทรงกลมเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 6,400  กิโลเมตร  (4,000ไมล์) เลอร์แมตร์ เรียกทรงกลมที่เป็นจุดกำเนิดของสสารนี้ว่า “อะตอมดึกดำบรรพ์” (Primeval Atom) เป็นอะตอมขนาดยักษ์ นำหนักประมาณ 2 พันล้านตันต่อลูกบาศก์นิ้ว (ซึ่งขัดแย้งกับความเป็นจริงกับความหมายของอะตอมในปัจจุบันที่ให้ความหมายของอะตอม ว่าเป็นส่วยย่อยของโมเลกุล) อย่างไรก็ตามนักดาราศาสตร์ได้ถกเถียงและค้นหาข้อเท็จจริงเกี่ยวกับทฤษฎีนี้อย่างจริงจัง และกาโมว์ (G.Gamow) เป็นคนหนึ่งที่สนับสนุนทฤษฎีของเลอเมตร์ จากผลการคำนวณของกาโมว์ ในขณะที่อะตอมดึกดำบรรพ์ระเบิดขึ้น จะมีอุณภูมิสูงถึง 3 x 10^9 เคลวิน (3,000,000,000 เคลวิน) หลังจากเกิดการระเบิดประมาณ 5 วินาที อุณภูมิได้ลดลงเป็น 10^9 เคลวิน (1,000,000,000 เคลวิน) และเมื่อเวลาผ่านไป 3 x 10^8 ปี (300,000,000 ปี) อุณภูมิของเอกภพลดลงเป็น 200 เคลวิน ในที่สุดเอกภพก็ตกอยู่ในความมืดและเย็นไปนานมากจนกระทั่งมีดาราจักรเกิดขึ้น จึงเริ่มมีแสงสว่างและอุณภูมิเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในปี พ.ศ.2472 ฮับเบิล (Edwin P.Hubble) ได้ศึกษาสเปกตรัมของดาราจักรต่างๆ 20 ดาราจักร ซึ่งอยู่ไกลที่สุดประมาณ 20 ล้านปีแสง พบว่าเส้นสเปกตรัมได้เคลื่อนไปทางแสงสีแดง ดาราจักรที่อยู่ห่างออกไปจะมีการเคลื่อนที่ไปทางแสงสีแดงมาก แสดงว่าดาราจักรต่างๆ กำลังคลื่นที่ห่างไกลออกไปจากโลกทุกทีทุกทีๆ พวกที่อยู่ไกลออกไปมากๆจะมีการเคลื่อนที่เร็วขึ้น ดาราจักรที่ห่างประมาณ2.5พันล้านปีแสง มีความเร็ว 38,000 ไมล์ต่อวินาที ส่วนพวกดาราจักร ที่อยู่ไกลกว่านี้มีควาเร็วมากขึ้นตามลำดับ ความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางของดาราจักรและ ความเร็วแห่งการเคลื่อนที่ เรียกว่า “กฎฮับเบิล” ทฤษฎีนี้อาจเรียกว่า “การระเบิดของเอกภพ” (Exploding Universe) ซึ่งก็สนับสนุนกับแนวคิดของเลแมตร์เช่นกัน

กำเนิดเอกภพ

กำเนิดเอกภพเริ่มนับจากจุดที่เรียกว่า บิกแบง (Big Bang) “บิกแบง” เป็นชื่อที่ใช้เรียกทฤษฎีกำเนิดเอกภพทฤษฎีหนึ่ง   ปัจจุบันทฤษฎีบิกแบงเป็นที่ยอมรับมากขึ้น   เพราะมีปรากฏการณ์หลายอย่างที่สอดคล้องหรือเป็นไปตามทฤษฎีบิกแบง   ก่อนการเกิดบิกแบงเอภพเป็นพลังล้วนๆ ซึ่งแสดงออกโดยอุณหภูมิที่สูงยิ่ง   จุดบิกแบงจึงเป็นจุดที่พลังงานเริ่มเปลี่ยนเป็นสสารครั้งแรก   เป็นจุดเริ่มต้นของเวลาและเอภพ
ปัจจุบันเอกภพประกอบด้วยกาแล็กซีจำนวนเป็นแสนล้านกาแล็กซี   ระหว่างกาแล็กซีเป็นอวกาศที่เวิ้งว้างกว้างไกล   เอกภพจึมีขนาดใหญ่มาก   โดยมีรัศมีไม่น้อยกว่า  13,700 ล้านปีแสง   และมีอายุประมาณ 13,700 ล้านปี   ภายในกาแล็กซีแต่ละแห่งประกอบด้วย ดาวกฤกษ์จำนวนมาก รวมทั้งแหล่งกำเนิดดาวฤกษ์ที่เรียกว่าเนบิวลา และ ที่ว่าง โลกของเราเป็นดาวเคราะห์ดวงหนึ่งในระบบสุริยะ   ซึ่งเป็นสมาชิกหนึ่งของ กาแล็กซีของเรา 
บิกแบงเป็นทฤษฎีที่อธิบายการระเบิดใหญ่ที่ทำให้พลังงานส่วนหนึ่งเปลี่ยนเป็นสสาร   มีวิวัฒนาการต่อเนื่องจนเกิดเป็นกาแล็กซี เนบิวลา ดาวกฤษ์ ระบบสุริยะ โลก ดวงจันทร์ มนุษย์ และสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ดังภาพ 4.2

– บิกแบงเหมือนหรือต่างจากการระเบิดของระเบิดปราณูอย่างไร


ภาพ 4.2 บิกแบงและวิวัฒนาการของเอกภพ
ขณะเกิดบิกแบง   มีสสารเกิดขึ้นในรูปของอนุภาคพื้นฐานชื่อ ควาร์ก (Quark) อิเล็กตรอน (Electron) นิวทริโน (Neutrino) และ โฟตอน (Photon) ซึ่งเป็นพลังงานด้วย   เมื่อเกิดอนุภาคก็จะเกิด ปฏิอนุภาค (Anti-particle) ที่มีประจุไฟฟ้าตรงข้าม   ยกเว้นนิวทริโนและแอมตินิวทริโนไม่มีประจุไฟฟ้า   เมื่อปฏิอนุภาคพบกับอนุภาคชนิดเดียวกันจะหลอมรวมกันเนื้อสารเปลี่ยนไปเป็นพลังงานจนหมดสิ้น   ถ้าเอกภพทีจำนวนอนุภาคเท่ากับปฏิอนุภาคพอดี   เมื่อพบกันจะกลายเป็นพลังงานทั้งหมด   ก็จะไม่เกิดกาแล็กซี ดาวกฤษ์ และระบบสุริยะ   โชคดีที่ในธรรมชาติมีอนุภาคมากกว่าปฏิอนุภาค   ดังนั้นเมื่อปฏิอนุภาคพบกับอนุภาค   นอกจากจะได้พลังงานเกิดขึ้นแล้ว   ยังมีอนุภาคเหลืออยู่นี่คือ อนุภาคที่ก่อกำเนิดเป็นเอกสารของเอกภพในปัจจุบัน

ความสัมพันระหว่าง  0C กับ K  (องศาเซลเซียสกับเควิน)
 t (0C)+273=T(K)

หลังบิกแบงเพียง  10-6 วินาที อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็น สิบล้านเคลวิน ทำให้คาร์กเกิดการรวมตัวกัน   กลายเป็น โปรตอน (นิวเคลียสของไฉโรเจน) ซึ่งมีประจุไฟฟ้าบวก 1 หน่วยและ นิวตรอน ซึ่งเป็นกลาง


นิวเคลียสของฮีเลียม   ประกอบด้วยโปรตอน (p) 2 อนุภาค และนิวตรอน (n) 2 อนุภาค
หลังบิกแบง 3 นาที   อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็น ร้อนล้านเควิล มีผลให้โปรตอนและนิวตรอนเกิดการรวมตัวเป็น นิวเคลียส ของฮีเลียม   ในช่วงแรกๆ นี้   เอภพขยายตัวอย่างเร็วมาก

อะตอมไฮโดรเจน   มีโปรตรอนเป็นนิวเคลียส และอิเล็กตรอน (e) อยู่ในวงโคจร
หลังบิกแบง 300,000 ปี   อุณหภูมิลดลงเหลือ 10,000 เควิล นิวเคลียสของไฮโดรเจนและฮีเลียมดึงอิเล็กตรอนเข้ามาอยู่ในวงโคจร   เกิดเป็น อะตอม ไฮโดรเจนและฮีเลียมตามลำดับ
กาแล็กซีต่างๆ เกิดหลังบิกแบง   ภายในกาแล็กซีมีธาตุไฉโดรเจนและฮีเลียมเป็นสสารเบื้องต้นซึ่งก่อกำเนิดเป็นดาวฤกษ์รุ่นแรกๆ  ส่วนธาตุต่างๆ ที่มีนิวเคลียสใหญ่กว่าคาร์บอนเกิดจากดาวกฤษ์ขนาดใหญ่

อะตอมของฮีเลียม มีนิวเคลียสเป็นโปรตอน 2 อนุภาค  นิวตรอน 2 อนุภาค และมีอิเล็กตรอน 2 อนุภาค โคจรรอบนิวเคลียส
มีข้อสังเกตใดหรือประจักษ์พยานใด   ที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง

ปรากฏการณ์อย่างน้อย  2 อย่าง   ที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบงได้แก่   การขยายตัวเอกภพ   และอุณหภูมิพื้นหลังของอวกาศ   ซึ่งปัจจุบันลดลงเหลือ 2.73 เควิล

ข้อสังเกตประการที่ 1 คือการขยายตัวของเอกภพ
เอ็ดวิน พี. ฮับเบิล   เป็นนักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันที่ค้นพบว่า   กาแล็กซีจะเคลื่อนที่ไกลออกไปด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นตามระยะห่าง   กาแล็กซีที่อยู่ไกลยิ่งเคลื่อนที่ออกไปเร็วกว่ากาแล็กซีที่อยู่ใกล้   นั้นคือเอกภพกำลังขยายตัว   จากความเข้าใจในเรื่องนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถคำนวณอายุของเอกภพได้

เอ็ดวิน พี. ฮับเบิล   Edwin Powell Hubble(พ.ศ. 2432-2496)
ข้อสังเกตประการที่ 2 คืออุณหภูมิพื้นหลังของเอกภพปัจจุบันลดลงเหลือ 2.73 เควิล
การค้นพบอุณหภูมิของเอกภพในปัจจุบันหรืออุณหภูมิพื้นหลัง   เป็นการค้นพบโดยบังเอิญโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน 2 คน ชื่อ อาร์โน เพนเซียส และ โรเบิร์ต วิลสัน แห่งห้องปฏิบัติการเบลเทเลโฟน   เมื่อ พ.ศ. 2508 ขณะที่นักวิทยาศาสตร์ทั้งสองคนกำลังทดสอบระบบเครื่องรับสัญญาณของกล้องโทรทรรศน์วิทยุ    ปรากฏว่ามีสัญญาณรบกวนตลอดเวลาไม่ว่าจะเป็นกลางวันหรือกลางคืน   หรือฤดูต่างๆ แม้เปลี่ยนทิศทางและทำความสะอาดสายอากาศแล้วก็ยังมีสัญญาณรบกวนอยู่เช่นเดิม   ต่อมาทราบภายหลังว่าเป็นสัญญาฯที่เหลืออยู่ในอวกาศ   เทียบได้กับพลังงานของการแผ่รังสีของวัตถุดำที่มีอุณหภูมิประมาณ 3 เควิลหรือประมาณ -270 องศาเซลเซียส

กล้องโทรทรรศน์วิทยุประวัติศาสตร์ที่เพนเซียสและวิลสัน   ค้นพบอุณหภูมิพื้นหลัง

ในขณะเดียวกัน   โรเบิร์ต ดิกกี พี.เจ.อี. พีเบิลส์ เดวิด โรลล์ และเดวิด วิลสัน   แห่งมหาวิทยาลัยปรินซ์ตัน   ได้ทำนายมานานแล้วว่า   การแผ่รังสีจากบิกแบงที่เหลืออยู่ในปัจจุบันน่าจะตรวจสอบได้   โดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุ
ดังนั้นการพบพลังงานจากทุกทิศทุกทางในปริมาณที่เทียบได้กับพลังงานที่เกิดจากการแผ่รังสีของวัตถุดำที่มีอุณหภูมิประมาณ 3 เควิล   จึงเป็นอีกข้อที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบงได้เป็นอย่างดี

 โรเบิร์ต วิลสัน Robert Wilson (พ.ศ. 2479)

 

Advertisements

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s