เอกภพ

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ภาพอวกาศห้วงลึกมากของฮับเบิล ที่ประกอบด้วยกาแล็กซีที่มีอายุ ขนาด รูปร่าง และสีแตกต่างกัน

เอกภพ หรือ จักรวาล โดยทั่วไปนิยามว่าเป็นผลรวมของการดำรงอยู่ รวมทั้งดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ ดาราจักร สิ่งที่บรรจุอยู่ในอวกาศระหว่างดาราจักร และสสารและพลังงานทั้งหมด[1][2]

การสังเกตเอกภพทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งเชื่อกันว่ามีเส้นผ่านศูนย์กลาง 93,000 ล้านปีแสง[3] นำไปสู่อนุมานขั้นแรกเริ่มของเอกภพ การสังเกตเหล่านี้แนะว่า เอกภพถูกควบคุมด้วยกฎทางฟิสิกส์และค่าคงที่เดียวกันตลอดขนาดและประวัติศาสตร์ส่วนใหญ่ ทฤษฎีบิกแบงเป็นแบบจำลองจักรวาลวิทยาทั่วไปซึ่งอธิบายพัฒนาการแรกเริ่มของเอกภพ ซึ่งในจักรวาลวิทยากายภาพเชื่อว่าเกิดขึ้นเมื่อราว 13,700 ล้านปีก่อน[4][5]

มีนักฟิสิกส์มากมายเชื่อสมมุติฐานเกี่ยวกับพหุภพ ซึ่งกล่าวไว้ว่าเอกภพอาจเป็นหนึ่งในภพจำนวนมากที่มีอยู่เช่นกัน[6][7] ระยะทางไกลสุดที่เป็นไปได้ทางทฤษฎีแก่มนุษย์ที่จะมองเห็นอธิบายว่าเป็น เอกภพที่สังเกตได้ การสังเกตได้แสดงว่า เอกภพดูจะขยายตัวในอัตราเร่ง และมีหลายแบบจำลองเกิดขึ้นเพื่อพยากรณ์ชะตาสุดท้ายของเอกภพ

กำเนิดเอกภพ[แก้]

กำเนิดเอกภพเริ่มนับจากจุดที่เรียกว่า “ บิกแบง (BigBang) ” บิกแบง เป็นชื่อที่ใช้เรียกทฤษฎีกำเนิดเอกภพทฤษฎีหนึ่ง ปัจจุบันบิกแบงเป็นที่ยอมรับมากขึ้น เพราะมีปรากฏการณ์หลายอย่างที่สอดคล้อง หรือเป็นไปตามทฤษฎีบิกแบง ก่อนการเกิดบิกแบง เอกภพเป็นพลังงานล้วนๆ ภายใต้อุณหภูมิที่สูงยิ่ง จุดบิกแบงจึงเป็นจุดที่พลังงานเริ่มเปลี่ยนเป็นสสารครั้งแรก เป็นจุดเริ่มต้นของเวลาและเอกภพ

ปัจจุบันเอกภพประกอบด้วยกาแล็กซีจำนวนเป็นแสนล้านแห่ง ระหว่างกาแล็กซีเป็นอวกาศที่เวิ้งว้างกว้างไกล เอกภพจึงมีขนาดใหญ่มาก โดยมีรัศมีไม่น้อยกว่า 15,000 ล้านปีแสง และมีอายุประมาณ 15,000 ล้านปีแสง ภายในกาแล็กซีแต่ละแห่งประกอบด้วยดาวฤกษ์จำนวนมาก รวมทั้งแหล่งกำเนิดดาวฤกษ์ที่เรียกว่า เนบิวลา และที่ว่าง โลกของเราเป็นดาวเคราะห์ดวงหนึ่งในระบบสุริยะ ซึ่งเป็นสมาชิกหนึ่งของกาแล็กซีของเรา

บิกแบงเป็นทฤษฎีที่อธิบายถึงการระเบิดใหญ่ที่ทำให้พลังงานส่วนหนึ่งเปลี่ยนเป็นเนื้อสาร มีวิวัฒนาการต่อเนื่องจนเกิดเป็นกาแล็กซี เนบิวลา ดาวฤกษ์ ระบบสุริยะ โลก ดวงจันทร์ มนุษย์ และสิ่งมีชีวิตต่างๆ

ขณะเกิดบิกแบง มีเนื้อสารเกิดขึ้นในรูปของอนุภาคพื้นฐานชื่อ ควาร์ก (Quark) อิเล็กตรอน (Electron) นิวทริโน (Neutrino) และโฟตอน (Photon) ซึ่งเป็นพลังงาน เมื่อเกิดอนุภาคก็จะเกิดปฏิอนุภาค (Anti-particle) ที่มีประจุไฟฟ้าตรงกันข้าม ยกเว้นนิวทริโนและแอนตินิวทริโน ไม่มีประจุไฟฟ้า เมื่อปฏิอนุภาคพบกับอนุภาคชนิดเดียวกัน จะหลอมรวมกันเนื้อสารเปลี่ยนไปเป็นพลังงานจนหมดสิ้น ถ้าเอกภพมีจำนวนอนุภาคเท่ากับปฏิอนุภาคพอดี เมื่อพบกันจะกลายเป็นพลังงานทั้งหมด ก็จะไม่เกิดกาแล็กซี ดาวฤกษ์และระบบสุริยะ โชคดีที่ในธรรมชาติ มีอนุภาคมากกว่าปฏิอนุภาค ดังนั้นเมื่อปฏิอนุภาคพบอนุภาค นอกจากจะได้พลังงานเกิดขึ้นแล้ว ยังมีอนุภาคเหลืออยู่ และนี่คืออนุภาคก่อกำเนิดเป็นสสารของเอกภพในปัจจุบัน

หลังบิกแบงเพียง 10-6 วินาที อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็นสิบล้านล้านเคลวิน ทำให้ควาร์กเกิดการรวมตัวกันเป็นโปรตอน (นิวเคลียสของไฮโดรเจน) และนิวตรอน

หลังบิกแบง 3 นาที อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็นร้อยล้านเคลวิน มีผลให้โปรตรตอนและนิวตรอนเกิดการรวมตัวเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม ในช่วงแรกๆนี้ เอกภพขยายตัวอย่างเร็วมาก

หลังบิกแบง 300,000ปี อุณหภูมิลดลงเหลือ 10,000 เคลวิน นิวเคลียสของไฮโดรเจนและฮีเลียมดึงอิเล็กตรอนเข้ามาอยู่ในวงโคจร เกิดเป็นอะตอมไฮโดรเจนและฮีเลียมตามลำดับ

กาแล็กซีต่างๆ เกิดหลักบิกแบงอย่างน้อย 1,000 ล้านปี ภายในกาแล็กซีมีธาตุไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นสารเบื้องต้นซึ่งก่อกำเนิดเป็นดาวฤกษ์รุ่นแรกๆ ส่วนธาตุต่างๆที่มีมวลมากกว่าฮีเลียมเกิดจากดาวฤกษ์ขนาดใหญ่

อายุของเอกภพ[แก้]

การใช้ค่าคงที่ของฮับเบิลคำนวณหาอายุของเอกภพ ปัจจุบันยังไม่สามารถหาอายุที่แท้จริงของเอกภพได้ เราอาจเข้าใจว่าโลกและเอกภพมีมาตั้งแต่โบราณไม่เปลี่ยนแปลงแต่ความจริงแล้ว เพราะเอกภพถือกำเนิดขึ้น ณ เวลาหนึ่ง แต่เวลาผ่านมานานเท่าไรแล้วล่ะ หากเราต้องการหาอายุของโลก เราสามารถใช้เรดิโอไอโซโทปมาวัดอายุและเวลาในการก่อสร้างในการก่อตัวของหินเปลือกโลกทำให้รู้ว่าโลกก่อตัวขึ้นมานานเท่าไร แต่ถ้าต้องการคำนวณหาเวลาที่เอกภพก่อตัวขึ้นจำเป็นต้องวัดอายุของดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์ที่มีสมบัติแตกต่างกันจะมีอายุต่างกันด้วย กระจุกดาวทรงกลม (globula cluster)ที่เก่าแก่ที่สุดราว 12,000ล้านปี ดังนั้นเอกภพจึงน่ามีอายุมากกว่านี้ เราใช้ของฮับเบิลเป็นข้ออ้างอิงในการคำนวณหาอายุของเอกภพเริ่มจากกำหนดให้ระยะทางห่างแต่เดิม ระหว่างกาแล็กซีสองแห่งเป็น r และv เป็นความเร็วในการถอยห่างออกจากกัน จะได้ค่าของเวลาคือ t=r/v เพื่อนำมาหาค่าของเวลาที่กาแล็กซีอยู่ติดกันกฎของฮับเบิลแสดงได้เป็น v=hr บอกให้เรารู้ว่ากาแล็กซีซึ่งปัจจุบันอยู่ห่างไกลกันมากนั้น ก่อนหน้าเวลา1/h กาแล็กซีเหล่านี้รวมกันเป็นจุดเดียว ค่า H นี้เรียกว่า ค่าคงที่ของฮับเบิล ( hubble constant )จากการคำนวณของฮับเบิลในปี ค.ศ. 1929ได้ผลออกมาว่าทุกๆระยะห่าง 3 ล้านปีแสงความเร็วถอยห่างจะเป็น 200กิโลเมตรต่อวินาที เมื่อนำค่า H มาคำนวณหาเอกภพจะได้ค่าราว 5,000 ล้านปีซึ่งน้อยกว่าของกระจุกดาวทรงกลมที่มีอายุ 12,000 ล้านปี จึงนับว่าเป็นผลลัพธ์ที่น่าแปลก ทั้งนี้เป็นเพราะขณะที่ฮับเบิลคำนวณระยะห่างเขาใช้มาตรวัดระยะผิดพลาด กล่าวคือใช้ดาวแปรแสงแบบเซฟิด (Cepheid variabie star) เป็นหลักในการคำนวณ แต่ระดับความสว่างของดาวแปรแสงแบบเซฟิด เดิมกำหนดผิดไปขั้นหนึ่ง ทำคลาดเคลื่อน ถ้าเอกภพกำลังขยายตัวก็แสดงว่าถ้าเราย้อนเวลากลับไปในอดีต เอกภพก็ต้องมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ ยิ่งย้อนเวลามากก็ยิ่งเล็กลง แล้วเมื่อเล็ก ลงอย่างที่สุดจะเกิดอะไรขึ้น เอกภพจะลดลงจนสลายไปหรือหวังว่าจะมีจุดหนึ่งที่เอกภพกำเนิด ไม่ว่าจะเป็นกรณีใดจะเห็นว่าเราจะต้องเกี่ยวข้องกับ การเริ่มของเอกภพทั้งนั้น ผู้แรกที่เริ่มศึกษาปัญหาเหล่านี้อย่างจริงจังคือนักฟิสิกส์ซึ่งเกิดที่รัสเซียชื่อ กามอฟ แต่ภายหลังอพยพไปอยู่อเมริกาในช่วง ปี 1948 ที่จริงกามอฟไม่ได้ตั้งใจที่จะคิดค้นเกี่ยวกับการเริ่มของเอกภพตั้งแต่ตอนแรก แต่ระหว่างที่เขากำลังคิดค้นเกี่ยวกับการเกิดของธาตุ เขาก็ได้ บรรลุถึงข้อสรุปว่า เอกภพจะต้องเกิดขึ้นด้วย BIG BANG

ข้อสังเกตที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง[แก้]

ปรากฏการณ์อย่างน้อย 2 อย่าง ที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง ได้แก่

1. การขยายตัวของเอกภพ ฮับเบิล นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันค้นพบว่า กาแล็กซีเคลื่อนที่ไกลออกไปด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นตามระยะห่าง กาแล็กซีที่อยู่ไกลยิ่งเคลื่อนที่ห่างออกไปเร็วกว่ากาแล็กซีที่อยู่ใกล้ นั่นคือ เอกภพกำลังขยายตัว จากความเข้าใจในเรื่องนี้ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถคำนวณอายุของเอกภพได้

2. อุณหภูมิพื้นหลังอวกาศซึ่งปัจจุบันลดลงเหลือ 2.73 เคลวิน การค้นพบอุณหภูมิของเอกภพในปัจจุบัน หรืออุณหภูมิพื้นหลังเป็นการค้นพบโดยบังเอิญโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกา 2 คน คือ อาร์โน เพนเซียส และ โรเบิร์ต วิลสัน แห่งห้องปฏิบัติการเบลเทเลโฟน เมื่อปีพ.ศ.2508 ขณะนักวิทยาศาสตร์ทั้งสองคน กำลังทดสอบระบบเครื่องรับสัญญาณของกล้อง โทรทรรศน์วิทยุ ปรากฏว่ามีสัญญาณรบกวนตลอดเวลา ไม่ว่าจะเป็นกลางวันหรือกลางคืน หรือฤดูต่างๆ แม้เปลี่ยนทิศทาง และทำความสะอาดสายอากาศแล้วก็ยังมีสัญญาณรบกวนอยู่เช่นเดิม ต่อมาทราบภายหลังว่าเป็นสัญญาณที่เหลืออยู่ในอวกาศเทียบได้กับพลังงานของการแผ่รังสีของวัตถุดำ ที่มีอุณหภูมิประมาณ 2.73 เคลวิน หรือประมาณ – 270 องศาเซลเซียส

ในขณะเดียวกัน โรเบิร์ต ดิกกี พี.เจ.อีพี เบิลส์ เดวิด โรลล์ และ เดวิด วิลคินสัน แห่งมหาวิทยาลัยปรินซ์ตัน ได้ทำนายมานานแล้วว่า การแผ่รังสีจากบิกแบงที่เหลืออยู่ในปัจจุบันน่าจะตรวจสอบได้ โดยกล้องโทรทรรศน์วิทยุ

ดังนั้นการพบพลังงานจากทุกทิศในปริมาณที่เทียบได้กับพลังงานการแผ่รังสี ของวัตถุดำที่ประมาณ 2.73 เคลวิน จึงเป็นอีกข้อหนึ่งที่สนับสนุน ทฤษฎีบิกแบงได้เป็นอย่างดี

เอกภพกำเนิดได้อย่างไร[แก้]

จากเดิมที่ไม่อะไรอยู่เลยแล้วปรากฏขึ้นอย่างทันทีทันใดหรือไม่สิ่งที่เรียกว่าการกำเนิดเอกภพ ย้อนกลับไปสู่อดีตราว 18,000 ล้านปีก่อน จากกฎของฮับเบิลเอกภพจะมีขนาดเล็กเหมือน “จุด”จุดหนึ่ง ในเวลานั้นเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างไร จากช่วงเอกภพเป็นสเหมือน จุด ขนาดเล็ก เริ่มเกิดการขยายตัวที่มีลักษณะเหมือนการระเบิด เรียกกันว่า บิกแบง (big bang) หรือ การระเบิดครั้งใหญ่ของเอกภพ ในขณะนั้นมวลสารทั้งหมดที่มีอยู่ในเอกภพอันกว้างใหญ่ไพศาลในปัจจุบันอัดแน่นอยู่ใน จุด ทำให้มีพลังงานสะสมอยู่มหาศาล ทั่วทั้งเอกภพเริ่มขยายตัวเพราะแรงดันที่เกิดจากพลังงานดังกล่าว ซึ่งเริ่มกลายเป็นสสารตามสมการของไอน์สไตน์ ขณะที่เอกภพยังเป็นสเหมือน จุด อยู่นั้น มีความหนาแน่นสูงมากดังนั้นจึงเกิดปรากฏการณ์น่าอัศจรรย์แตกต่างจากที่เราเห็นในชีวิตประจำวัน เอกภพได้ปรากฏขึ้นมาอย่างทันที่ทันใดจากเดิมที่เป็นเพียงความว่างเปล่าไม่มีอะไรอยู่เลย

    ตามหลักกลศาสตร์ควอนตัม( quantum mechanics) นั้น การดำรงอยู่ของสสารเป็นการซ่อนทับกันของเคลื่อน ซึ่งอธิบายได้สมการการเคลื่อนที่ของคลื่น เพราะฉะนั้น ทฤษฎีที่ว่า เอกภพเกิดขึ้นทันทีทันใด จากเดิมที่ไม่มีอะไรอยู่เลย จึงมีความเป็นไปได้ และอาจกล่าวได้ว่าสสารจำนวนหนึ่ง ณ เวลาหนึ่งที่แน่นอน มีความเป็นไปได้ว่าจะสูญหายไปทันทีเหมือนอยู่อีก ณ เวลาหนึ่ง ม่าวมีโอกาสน้อยมากที่จะเกิดขึ้นแต่ก็ไม่ใช่ว่าจะเป็นไปไม่ได้เลย อย่างไรก็ตามเมื่อวัตถุหดตัวเล็กลงมันจะขนาดเล็กมากจนอาจเกิดสภาพที่บางก็มีอยู่ บางครั้งก็หายไปที่เป็นแนวคิดเกี่ยวกับการกำเนิดเอกภพที่เอ็ดเวิร์ด เฟรดกิน แสนอไว้ในปี ค. ศ. 1980

ทำไมกำเนิดของเอกภพจึงเป็น BIG BANG (การระเบิดใหญ่)[แก้]

ถ้าเอกภพกำลังขยายตัวก็แสดงว่าถ้าเราย้อนเวลากลับไปในอดีต เอกภพก็ต้องมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ ยิ่งย้อนเวลามากก็ยิ่งเล็กลง แล้วเมื่อเล็ก ลงอย่างที่สุดจะเกิดอะไรขึ้น เอกภพจะลดลงจนสลายไปหรือหวังว่าจะมีจุดหนึ่งที่เอกภพกำเนิด ไม่ว่าจะเป็นกรณีใดจะเห็นว่าเราจะต้องเกี่ยวข้องกับ การเริ่มของเอกภพทั้งนั้น ผู้แรกที่เริ่มศึกษาปัญหาเหล่านี้อย่างจริงจังคือนักฟิสิกส์ซึ่งเกิดที่รัสเซียชื่อ กามอฟ แต่ภายหลังอพยพไปอยู่อเมริกาในช่วง ปี 1948 ที่จริงกามอฟไม่ได้ตั้งใจที่จะคิดค้นเกี่ยวกับการเริ่มของเอกภพตั้งแต่ตอนแรก แต่ระหว่างที่เขากำลังคิดค้นเกี่ยวกับการเกิดของธาตุ เขาก็ได้ บรรลุถึงข้อสรุปว่า เอกภพจะต้องเกิดขึ้นด้วย BIG BANG

อ้างอิง[แก้]

  1. The American Heritage Dictionary of the English Language (4th ed.). Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. 2010. 
  2. Cambridge Advanced Learner's Dictionary. 
  3. Itzhak Bars; John Terning (November 2009). Extra Dimensions in Space and Time. Springer. pp. 27–. ISBN 978-0-387-77637-8. สืบค้นเมื่อ 1 May 2011. 
  4. Wollack, Edward J. (10 December 2010). "Cosmology: The Study of the Universe". Universe 101: Big Bang Theory. NASA. Archived from the original on 14 May 2011. สืบค้นเมื่อ 27 April 2011. : « The second section discusses the classic tests of the Big Bang theory that make it so compelling as the likely valid description of our universe. »
  5. Komatsu, E. และคณะ (2009). "Five-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe Observations: Cosmological Interpretation". Astrophysical Journal Supplement 180 (2): 330. arXiv:0803.0547. Bibcode:2009ApJS..180..330K. doi:10.1088/0067-0049/180/2/330. 
  6. multiverse. Astronomy.pomona.edu. Retrieved on 2011-11-28.
  7. Palmer, Jason. (2011-08-03) BBC News – 'Multiverse' theory suggested by microwave background. Retrieved on 2011-11-28.

แหล่งข้อมูลอื่น[แก้]

คลิปวีดิโอ[แก้]