เอกภพ Universe

โลกกับเอกภพ

โลกเป็นดาวเคราะห์ดวงหนึ่งในระบบสุริยะที่มีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง ระบบสุริยะเป็นสมาชิกส่วนหนึ่งในอาณาจักรแห่งดวงดาว หรือการแลกซีทางช้างเผือก ซึ่งมีสมาชิกดาวฤกษ์ประมาณสองแสนล้านดวง และกาแล็กซีทางช้างเผือกเป็นสมาชิก แห่งหนึ่ง ในเอกภพ ซึ่งประกอบด้วยกาแล็กซีมากมายกวามื่นล้านแห่ง มนุษย์จึงเปรียบประดุจผงธุลีในเอกภพอันกว้างใหญ่ไพศาล โลกอยู่ที่ใดในเอกภพ เพื่อแสดงให้เห็นว่ามนุษย์เปรียบดังผงธุลีในจักรวาล เมื่อพิจารณาจากโลกสู่อาณาจักรกว้างใหญ่ ของกาแล็กซีและของเอกภพ

 กำเนิดเอกภพ

ทฤษฎีกำเนิดเอกภพ ที่ได้รับความเชื่อถือมาก ในหมู่นักดาราศาสตร์ คือ ทฤษฎีระเบิดใหญ่ หรือ Big Bang เป็นการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ จากพลังงานบางอย่าง สาดกระจายมวลสารทั้งหลาย ออกไปทุกทิศทาง แล้วเริ่มเย็นตัวลง จับกลุ่มเป็น ก้อนก๊าซ ขนาดใหญ่ จนยุบตัวลงเป็น กาแล็กซี และดาวฤกษ์ ได้ก่อรูปขึ้นมาใน กาแล็กซีเหล่านั้น ประมาณหนึ่งหมื่นล้านปี หลังจากการระเบิดใหญ่ ที่เกลียวของของ กาแล็กซีทางช้างเผือก ดวงอาทิตย์ โลก และดาวเคราะห์ดวงอื่น ได้ถือกำเนิดขึ้นเป็นระบบสุริยะ

เราอาจกล่าวได้ว่าการศึกษาเอกภพปัจจุบันนั้นมีต้นกำเนิดรากฐานมาจาก ทฤษฎีสัมพัทธภาพ ของ ไอน์สไตน์ ไอน์สไตน์เป็นผู้ที่ทำให้เกิดการศึกษาเกี่ยวกับเอกภพนั้นเป็นวิทยาศาสตร์ แทนที่จะเป็นเพียงความเชื่อหรือศาสนา ซึ่งก่อนหน้านั้นเรามักจะคิดเพียงว่าเอกภพเป็นสถานที่ให้ดาวและกาแลกซี่อยู่ ไม่ได้เป็นจุดสำคัญของการศึกษาค้นคว้า ในปี 1917 ไอน์สไตน์ได้ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพในการศึกษาเกี่ยวกับเอกภพ ที่จริงในปี 1917 เป็นเพียงปีเดียวให้หลังจากที่เขาประกาศทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขาเท่านั้น ซึ่งแสดงว่าเขาเริ่มสนใจการศึกษาเอกภพทันที่ที่ทฤษฎีของเขาเสร็จนั่นเอง เขาคงอยากรู้เกี่ยวกับเอกภพอย่างแรงกล้าอยู่แล้วและอาจกล่าวได้ว่า เพราะความอยากรู้เกี่ยวกับเอกภพจึงทำให้เขาสามารถค้นพบและสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพได้ ในตอนแรกๆ ไอน์สไตน์ได้ใช้ทฤษฎีของเขากับโมเดลเอกภพที่หยุดนิ่ง สม่ำเสมอ เหมือนกันทุกทิศทาง ซึ่งก็คือโมเดลของเอกภพปิด สม่ำเสมอและเหมือนกันทุกทิศทาง ซึ่งหมายความว่าถ้าดูในบริเวณแคบๆ ของเอกภพอาจจะมีโลก มีดาวเสาร์ ฯลฯ แต่เมื่อดูในวงกว้างขวางแล้ว ไม่ว่าจะมองไปทิศทางไหน เอกภพจะเหมือนกันทั้งหมด ไม่มีที่ไหนที่จะพิเศษกว่าที่อื่น ปัจจุบันเราเรียกความคิดนี้ว่า กฎของเอกภพ ซึ่งเป็นความคิดพื้นฐานอันหนึ่งในการศึกษาเอกภพในปัจจุบัน แล้วผลของการคำนวณปรากฏออกมาตรงกันข้ามกับที่คาดไว้ ไอน์สไตน์พบว่าตามโมเดลเอกภพที่ปิดนี้ เอกภพจะหดตัว แทนที่จะหยุดนิ่งอย่างที่คิดไว้ ซึ่งที่จริงแล้วนี่เป็นสิ่งที่พอคาดคะเนได้ เพราะทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์นั้น ที่จริงก็คือการขยายทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตัน ถ้าในเอกภพมีมวลสารอยู่อย่างสม่ำเสมอ มันจะดึงดูดซึ่งกันและกันเข้าหากัน ซึ่งก็คือเอกภพจะหดตัวนั่นเอง

        ปัจจุบันเอกภพประกอบด้วยกาแล็กซีจำนวนแสนล้านกาแล็กซีระหว่าง  กาแล็กซีเป็นอวกาศที่กว้างไกล เอกภพจึงมีขนาดใหญ่มาก โดยมีรัศมีไม่น้อยกว่า 13,700 – 15,000 ล้านปีแสง และมีอายุประมาณ 13,700 – 15,000 ล้าน  ปี ภายในกาแล็กซีประกอบด้วย ดาวฤกษ์ รวมทั้งแหล่งกำเนิดดาวฤกษ์ เรียกว่าเนบิวลา (Nebula)  ซึ่งโลกของเราเป็นดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ ซึ่งเป็นสมาชิกหนึ่งของกาแล็กซี

วิวัฒนาการของเอกภพ

       วิวัฒนาการของเอกภพจึงควรเริ่มมาจากปริมาตรที่เล็กมากๆแต่มีสสารอยู่อย่าง อัดแน่น จู่ๆ ก็มีการระเบิดออกอย่างรุนแรง ทำให้

ปริมาตรเล็กๆ นั้นขยายตัวออกมาเป็นเอกภพดังเช่นในปัจจุบัน มี ดังนี้

      ขณะเกิด Bigbang

>> มีสสารเกิดขึ้นในรูปของอนุภาคพื้นฐาน ชื่อ ควาร์ก ( Quark) อิเล็กตรอน ( Electron)  นิวทริโน และโฟตอน (Photon)

>> เมื่อเกิดอนุภาคก็มีการเกิดปฏิอนุภาค ที่มีประจุไฟฟ้าตรงข้าม ยกเว้น นิวทริโน และแอนตินิวทริโนไม่มีประจุไฟฟ้า

>> เมื่อปฏิภาคกับอนุภาครวมกันเนื้อสารเกิดเป็นพลังงาน

>> หากอนุภาคเท่ากับปฏิภาคพอดี รวมกันจะไม่เกิดกาแล็กซี ดาวฤกษ์ และระบบสุริยะ

หลังเกิด Bigbang เพียง 10^ -6 วินาที

       >> อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็นสิบล้านล้านเควิน

       >> ควาร์กเกิดการรวมตัว กลายเป็นโปรตอน (นิวเคลียสของไฮโดรเจน) ซึ่งมี  ประจุไฟฟ้าบวก 1 หน่วยและนิวตรอนซึ่งเป็นกลาง

                หลังเกิด Bigbang  3 นาที 

          >> อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็นร้อยล้านเคลวิน 

          >> ทำให้โปรตอนและนิวตรอนเกิดการรวมตัวเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม

          >> ในช่วงแรก ๆ ทำให้เอกภพขยายตัวเร็วมาก

           หลังเกิด Bigbang 300,000 ปี 

            >> อุณหภูมิลดลงเหลือ 10,000 เคลวิน นิวเคลียสของไฮโดรเจนและฮีเลียมดึงอิเล็กตรอนเข้ามาสู่วงโคจร เกิดเป็นอะตอมไฮโดรเจนและฮีเลียม

        กาแล็กซีต่างๆเกิด Bigbang อย่างน้อย 1,000 ปี 

        >> ภายในกาแล็กซีมีธาตุไฮโดรเจน และฮีเลียมเป็นสารเบื้องต้น

        >> ทำให้เกิดเป็นดาวฤกษ์รุ่นแรกๆ ส่วนธาตุที่มีนิวเคลียสใหญ่กว่าคาร์บอนเกิดจากดาวฤกษ์ขนาดใหญ่

ภาพแสดงบิ๊กแบงและวิวัฒนาการของเอกภพ

ข้อสังเกตที่สนับสนุน Bigbang

    ประการที่ 1: การขยายตัวของเอกภพ 

        >> เอ็ดวิน พี.  ฮับเบิล นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษพบว่า กาแล็กซีที่เคลื่อนที่ห่างออกไปด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นตามระยะทาง 

        >> กาแล็กซีที่อยู่ไกลยิ่งเคลื่อนที่ห่างออกไปเร็วกว่ากาแล็กซีที่อยู่ใกล้ นั่นคือ เอกภพกำลังขยายตัว 

        >> ทำให้นักดาราศาสตร์คำนวณอายุของเอกภพได้

    ประการที่ 2 :อุณหภูมิพื้นหลังของเอกภพปัจจุบันลดลงเหลือ 2.73 เคลวิน

         >>เป็นการค้นพบโดยบังเอิญของนักวิทยาศาสตร์ 2 คน คือ อาร์โน  เพนเซียส และโรเบิร์ต  วิลสัน  ทดลองระบบเครื่องสัญญาณของกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ปรากฏว่ามีสัญญาณรบกวน ตลอดเวลา ทั้งกลางวัน กลางคืน หรือฤดูต่างๆ ต่อมาจึงทราบว่าเป็นสัญญาณที่เหลืออยู่ในอวกาศ เทียบกับการแผ่รังสีของวัตถุดำที่มีอุณภูมิ 3 เคลวิน 

         >>โรเบิร์ต ดิกกี  พี.เจ.อี.พีเบิลส์ เดวิด  โรลล์  และเดวิด วิลคินสัน ได้ทำนายว่าการแผ่รังสีจากบิกแบงที่เหลืออยู่น่าจะตรวจสอบได้โดยกล้องโทรทรรศน์วิทยุ