เข้าสู่ระบบ:
  [ลืมรหัสผ่าน] [สมัครสมาชิกฟรี]   
631,512   2,454,953

ทฤษฎีบิ๊กแบง คืออะไร

 

กำเนิดเอกภพ

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

 

บิกแบงต้นตอ

บิกแบง (อังกฤษ: Big Bang หรือ the Big Bang หมายถึง การระเบิดครั้งใหญ่)  คือ แบบจำลองของการกำเนิดและการวิวัฒนาการของเอกภพในวิชาจักรวาลวิทยาซึ่งได้รับการสนับสนุนจากหลักฐานทางวิทยาศาสตร์และจากการสังเกตการณ์ที่แตกต่างกันจำนวนมาก นักวิทยาศาสตร์โดยทั่วไปใช้คำนี้สำหรับกล่าวถึงแนวคิดการขยายตัวของเอกภพหลังจากสภาวะแรกเริ่มที่ทั้งร้อนและหนาแน่นอย่างมากในช่วงเวลาจำกัดระยะหนึ่งในอดีต และยังคงดำเนินการขยายตัวอยู่จนถึงในปัจจุบัน

จอร์จ เลอแมตร์ นักวิทยาศาสตร์และพระโรมันคาทอลิก เป็นผู้เสนอแนวคิดการกำเนิดของเอกภพ ซึ่งต่อมารู้จักกันในชื่อ ทฤษฎีบิกแบง ในเบื้องแรกเขาเรียกทฤษฎีนี้ว่า สมมติฐานเกี่ยวกับอะตอมแรกเริ่ม (hypothesis of the primeval atom) อเล็กซานเดอร์ ฟรีดแมน ทำการคำนวณแบบจำลองโดยมีกรอบการพิจารณาอยู่บนพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์

ต่อมาในปี ค.ศ. 1929 เอ็ดวิน ฮับเบิลค้นพบว่า ระยะห่างของดาราจักรมีสัดส่วนที่เปลี่ยนแปลงสัมพันธ์กับการเคลื่อนไปทางแดง การสังเกตการณ์นี้บ่งชี้ว่า ดาราจักรและกระจุกดาวอันห่างไกลกำลังเคลื่อนที่ออกจากจุดสังเกต ซึ่งหมายความว่าเอกภพกำลังขยายตัว ยิ่งตำแหน่งดาราจักรไกลยิ่งขึ้น ความเร็วปรากฏก็ยิ่งเพิ่มมากขึ้น หากเอกภพในปัจจุบันกำลังขยายตัว แสดงว่าก่อนหน้านี้ เอกภพย่อมมีขนาดเล็กกว่า หนาแน่นกว่า และร้อนกว่าที่เป็นอยู่ แนวคิดนี้มีการพิจารณาอย่างละเอียดย้อนไปจนถึงระดับความหนาแน่นและอุณหภูมิที่จุดสูงสุด และผลสรุปที่ได้ก็สอดคล้องอย่างยิ่งกับผลจากการสังเกตการณ์ ทว่าการเพิ่มของอัตราเร่งมีข้อจำกัดในการตรวจสอบสภาวะพลังงานที่สูงขนาดนั้น หากไม่มีข้อมูลอื่นที่ช่วยยืนยันสภาวะเริ่มต้นชั่วขณะก่อนการระเบิด ลำพังทฤษฎีบิกแบงก็ยังไม่สามารถใช้อธิบายสภาวะเริ่มต้นได้ มันเพียงอธิบายกระบวนการเปลี่ยนแปลงของเอกภพที่เกิดขึ้นหลังจากสภาวะเริ่มต้นเท่านั้น

เอ็ดวิน ฮับเบิลพิมพ์แผนภาพที่มีชื่อเสียง แสดงดาราจักรเกือบทั้งหมดเคลื่อนที่ห่างจากดาราจักรของเรา ด้วยความเร็วถอยห่าง เป็นสัดส่วนกับระยะทางปัจจุบัน หรือดาราจักรไกลกว่าก็เคลื่อนที่เร็วกว่าดาราจักรใกล้ๆ แม้แต่ฮับเบิลเองตอนแรกก็ปฏิเสธความคิดเช่นนี้  ข้อมูลเหล่านี้บอกว่า เอกภพทั้งหมดกำลังขยายตัวจากการยืดของอวกาศระหว่างดาราจักร เมื่อเอกภพขยายตัว มันหนาแน่นน้อยลงและเย็นตัวมากขึ้น การมองย้อนกลับไปในอดีตสรุปได้ว่าเอกภพมีการเริ่มต้นแน่นอน ตอนนั้นมันอยู่ในสภาวะที่ถูกบีบอัดและร้อนมาก จากจุดเริ่มต้นหนาแน่น มีการบวมตัวที่รู้จักในสภาพบิกแบง (Big Bang)

คำว่า “บิกแบง” ที่จริงเป็นคำล้อเลียนที่เกิดจากนักดาราศาสตร์ชื่อ เฟรด ฮอยล์ จากการออกอากาศทางวิทยุครั้งหนึ่งในปี ค.ศ. 1949 ซึ่งเขาดูหมิ่นและตั้งใจจะทำลายความน่าเชื่อถือของทฤษฎีที่เขาเห็นว่าไม่มีทางเป็นจริง ในเวลาต่อมา ฮอยล์ได้ช่วยศึกษาผลกระทบของนิวเคลียร์ในการก่อเกิดธาตุมวลหนักที่ได้จากธาตุซึ่งมีมวลน้อยกว่า อย่างไรก็ดี การค้นพบรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลในปี ค.ศ. 1964 ยิ่งทำให้นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ไม่สามารถปฏิเสธทฤษฎีบิกแบงได้

เอกภพขยายตัวยังไม่มีนิยามของจุดเริ่มต้นดีพอ มีแต่การขยายตัวตลอดเวลา ความหนาแน่นเฉลี่ยยังคงเหมือนเดิม เพราะมีการสร้างมวลต่อเนื่อง เฟรด ฮอยล์ , เฮอร์แมนน์ บอนดิ และ ทอมัส โกลด์ เสนอทฤษฎีสภาวะคงที่(steady – state theory)ในค.ศ.1948 แม้มีความสุนทรีในสายตานักดาราศาสตร์บางคน  แต่ทฤษฎีสภาวะคงที่ก็ไม่ได้รับการสนับสนุนอย่างเดียวกับเอกภพบิกแบง ในค.ศ. 1965 อาร์โน เพนเซียส์ และโรเบิร์ต วิลสัน ล้มทฤษฎีสภาวะคงที่จากการค้นพบรังสีฉากหลังไมโครเวฟคอสมิค(CMB: cosmic microwave backgroud) ที่เป็นรังสีเรืองจางหลงเหลือจากอดีตร้อนไกล ทฤษฎีสภาวะคงที่ไม่มีเหตุผลอธิบายรังสีแบบนี้ แต่แบบจำลองบิกแบงอธิบายได้ ยิ่งกว่านั้น ทฤษฎีสภาวะคงที่ไม่สามารถอธิบายจำนวนไฮโดรเจนธรรมดา(โปรตอน) ไฮโดรเจนหนัก(ดิวเธอเรียม) ฮีเลียม และลิเธียม ในก้อนกาซระหว่างดาราจักร ที่ไม่ได้รับผลใดๆจากขบวนการวิวัฒนาการในดาว ภายในไม่กี่นาทีแรกหลังบิกแบง ความหนาแน่นและอุณหภูมิของเอกภพ เป็นตัวทำให้เกิดธาตุเบาในก้อนกาซเริ่มแรก ที่สอดคล้องกับที่วัดในก้อนกาซดั้งเดิมเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์เกือบทั้งหมดเชื่อแล้วว่า ทฤษฎีสภาวะคงที่ไม่ถูกต้อง

ทฤษฎีบิ๊กแบง 

big bang

หลังจากได้มีการค้นพบกฎการขยายตัวของเอกภพโดย เอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) ทำให้เกิดความคิดว่าเอกภพที่กำลังขยายตัวอยู่ในปัจจุบันจะมีลักษณะเป็นเช่นไรในอดีต แนวคิดที่สอดคล้องกับสามัญสำนึกของเราคือ เอกภพมีการขยายตัวเมื่อทิศทางของเวลาเดินไปข้างหน้า ดังนั้นถ้าเราย้อนทิศทางของเวลากลับไปยังอดีตเอกภพก็ควรจะหดเล็กลงเรื่อยๆ จนกระทั่งอาจเหลือเพียงแค่ปริมาตรที่เล็กมากๆ ปริมาตรหนึ่งในความว่างเปล่า 
ถ้าเราลำดับทิศทางของเวลาตั้งแต่เริ่มต้นจนถึงปัจจุบัน วิวัฒนาการของเอกภพจึงควรเริ่มมาจากปริมาตรที่เล็กมากๆแต่มีสสารอยู่อย่างอัดแน่น จู่ๆ ก็มีการระเบิดออกอย่างรุนแรง ทำให้ปริมาตรเล็กๆ นั้นขยายตัวออกมาเป็นเอกภพดังเช่นในปัจจุบัน ทฤษฎีดังกล่าวจึงกำลังจะบอกเราว่าเอกภพควรจะมีจุดเริ่มต้นในอดีตกำลังวิวัฒนาการไปสู่อนาคตโดยการขยายตัวจากการระเบิดออกอย่างรุนแรง ซึ่งแนวคิดดังกล่าวต่างจากทฤษฎีแบบจำลองเอกภพแบบสถานะคงตัวโดยสิ้นเชิง

ทฤษฎีบิ๊กแบงถูกเสนอโดย จอร์จส เลอแมท์ร (Georges Lemaitre) เมื่อปีพ.ศ.2470 (ค.ศ.1927) ต่อมาทฤษฎีดังกล่าวถูกพัฒนาโดย จอร์จ กามอฟ ( George Gamow) และนักคิดอีกหลายท่าน โดยกล่าวว่าในช่วงเริ่มต้นของเอกภพ สสารทุกอย่างจะอยู่รวมตัวกันอย่างหนาแน่นมากๆ จนความหนาแน่นของเอกภพมีค่าเป็นอนันต์ ในปริมาตรที่เล็กมากๆ ปริมาตรหนึ่ง เรียกว่า ซิงกูลาริตี้ (singularity)

ในบริเวณซิงกูลาริตี้นั้นมีพลังงานสูงมากจนมีอุณหภูมิมหาศาล กฎเกณฑ์ต่างๆทางฟิสิกส์ ที่ใช้อธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ไม่สามารถ อธิบายเอกภพในช่วงนั้นได้ รามไปถึงเวลาที่ถูกกำหนดเป็นศูนย์ ทันทีทันใดนั้นการระเบิดอย่างรุนแรงของซิงกูลาริตี้ ทำให้สสารที่รวมอยู่ในปริมาตรเล็กๆ นั้นเกิดการกระจายตัวออก และเริ่มต้นนับเวลาตั้งแต่การระเบิดสิ้นสุดลง

ภายหลังจากการระเบิดครั้งใหญ่ของเอกภพ การกระจายตัวออกของสสารจะทำให้ความหนาแน่น และอุณหภูมิมีค่าต่ำลงเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป ภาพของเอกภพในช่วงแรกเริ่ม (Early universe) จึงสามารถแบ่งได้ตามเวลาที่เริ่มนับตั้งแต่เกิดบิ๊กแบงไปเรื่อยๆ โดยสถานะของสสารในช่วงเวลาผ่านไปประมาณ 10-43 วินาที (เท่ากับ 0.0000000000000000000000000000000000000000001 วินาที) เอกภพร้อนจัดและมีความหนาแน่นสูงมาก

ต่อมาเอกภพได้เกิดการพองตัวออกอย่างรวดเร็ว (inflation) การพองตัวออกนี้เป็นสาเหตสำคัญที่ทำให้เอกภพที่เราเห็นในปัจจุบันมีความใหญ่โตมโหฬาร และดูเหมือนว่า จะมี ความหนาแน่นพอ ๆ กันในทุก ๆ ตำแหน่ง (homogeneous) และทุก ๆ ทิศทาง (isotropic) ซึ่งทำให้เอกภพตามแบบจำลองทฤษฎีบิ๊กแบงมีความสอดคล้องกับหลักสองข้อของเอกภพ ภายหลังจากการพองตัว เอกภพยังคงร้อนจัดและมีความหนาแน่นสูงอยู่ ดังนั้นสถานะของสสารขณะนั้นจึงอยู่ในรูปของ “พลาสมา” (plasma) ซึ่งเป็นสถานะที่สสารมีพลังงานสูงมาก มีการแผ่รังสีอย่างหนาแน่น จึงเรียกเอกภพลักษณะดังกล่าวว่า ยุคแห่งการแผ่รังสีของเอกภพ (Radiation Era)

ยุคแห่งการแผ่รังสีจะเริ่มต้นตั้งแต่ที่เอกภพพองตัวออกอย่างรวดเร็วไปจนกระทั่งเมื่อเวลาผ่านไปประมาณ 10-12 วินาที จึงเริ่มต้นเกิดอนุภาควิ่งพล่านไปทั่วเอกภพ โดยเอกภพในขณะนั้นจะมีอุณหภูมิประมาณ 1015 เคลวิน เรียกเอกภพในลักษณะดังกล่าวว่าอยู่ในยุคแห่งอนุภาค (Particle Era) หลังจากนั้นควากซ์แต่ละชนิดจะประกอบกันกลายเป็นโปรตอน นิวตรอน ในช่วงระยะเวลา 3 นาทีแรกหลังจากบิ๊กแบง แต่กว่าที่อุณหภูมิจะลดต่ำลงจนพอเหมาะที่จะทำให้ โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนฟอร์มตัวกลายเป็นอะตอม ในครั้งแรกจะต้องใช้เวลาถึงประมาณ 300,000 ปี โดยอุณหภูมิขณะนั้นลดลงมาอยู่ที่ประมาณ 4000 เคลวิน เอกภพในช่วงเวลาดังกล่าวจะมีความโปร่งมากขึ้น

เนื่องจากการเกิดอะตอมทำให้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกดูดกลืนได้น้อยและกว่าที่อะตอมทั้งหลายจะฟอร์มตัวเป็นกาแลกซี่จำเป็นต้องใช้เวลาไปอีกหนึ่งพันล้านปี กาแลกซี่แรกที่เกิดขึ้นมาประกอบขึ้นมาจากกลุ่มก๊าซไฮโดรเจนรวมตัวกันเป็นดาวฤกษ์ขนาดมหึมาหลายล้านดวง จากนั้นธาตุที่หนักกว่าไฮโดรเจนจึงกำเนิดขึ้นมาอีกทีภายหลังจากผ่านช่วงวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ไปแล้ว และกลายมาเป็นเอกภพที่กำลังขยายตัวอยู่ในปัจจุบัน ซึ่งถ้านับเวลาตั้งแต่เพิ่งเริ่มเกิดบิ๊กแบงจนถึงตอนนี้ พบว่าใช้เวลาถึง 15-20 พันล้านปี ในขณะที่มนุษย์ชาติเพิ่มเริ่มเกิดเมื่อประมาณ 50,000 ปีที่แล้วเท่านั้น

ยุคที่มนุษย์อาศัยอยู่นี้ เป็นช่วงเวลาแค่เพียงเสี้ยวเล็กๆ แห่งมหกรรมการกำเนิดเอกภพ ในช่วงชีวิตของมนุษยชาตินั้นอยู่บนเอกภพที่กำลังวิวัฒนาการในยุคแห่งดวงดาว (Stelliferous Era) ซึ่งเป็นยุคที่วิวัฒนาการต่อมาจากยุคแห่งอนุภาค ดาวฤกษ์ทั้งหลายถือกำเนิดมาจากกลุ่มก๊าซ มีการฟอร์มตัวกันเป็นกาแลกซี่ โดยกาแลกซี่ในช่วงแรกๆ ยังคงหมุนเร็วและประกอบด้วยดาวฤกษ์สีน้ำเงินร้อนจัด ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจในช่วงนั้นคือกาแลกซี่ทั้งหลายยังคงอยู่รวมกันเป็นกระจุกกาแลกซี่ และมีการชนกันระหว่างกาแลกซี่เกิดขึ้นสม่ำเสมอ หลังจากนั้นกาแลกซี่ต่างก็วิ่งห่างออกจากกันเนื่องจากการขยายตัวของเอกภพ

ดาวที่เกิดขึ้นในรุ่นแรกเมื่อหมดอายุขัยต่างก็วิวัฒนาการกลายเป็นซากดาวและกลุ่มก๊าซ รอคอยให้ดาวรุ่นที่สองและรุ่นถัดมาวิวัฒนาการเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป ดาวฤกษ์สีน้ำเงินซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่มีพลังงานสูงจะค่อยๆ มีจำนวนลดลง จำนวนของดาวฤกษ์สีแดงที่มีพลังงานต่ำจะยิ่งมีมากขึ้น คาดว่าความหนาแน่นของกลุ่มก๊าซที่ก่อกำเนิดเป็นดาวฤกษ์จะลดลงเรื่อยๆ เนื่องจากการขยายตัวของเอกภพจะทำให้อนุภาคต่างๆ ยิ่งห่างออกจากกัน จนไม่สามารถยุบตัวเป็นดาวฤกษ์ได้อีก ยุคแห่งดวงดาวจะสิ้นสุดลงเมื่อเอกภพมีอายุราว 1014  ปี

อย่างไรก็ตามภายหลังจากที่ยุคแห่งดวงดาวสิ้นสุดลงแล้ว ถ้าหากเอกภพยังจะขยายตัวต่อไปเรื่อยๆ อีก (หรือเรียกว่า “เอกภพเปิด” : ดูรายละเอียดในเรื่อง “การขยายตัวของเอกภพ”) นักดาราศาสตร์คาดว่าหลังจากนั้นเอกภพจะเข้าสู่ยุคมืด (Dark Era) เนื่องจากความหนาแน่นของกลุ่มก๊าซจะน้อยมากและอุณหภูมิกำลังเข้าใกล้อุณหภูมิศูนย์องศาสัมบูรณ์ ซึ่งตามทฤษฎีทางฟิสิกส์เชื่อว่า สสารจะไม่เกิดพลังงานจลน์เลย กลายเป็นยุคที่หนาวเย็นและไม่มีจุดจบ เรียกว่า “บิ๊กชิลล์” (Big Chill)

แต่ถ้าในกรณีที่เอกภพเกิดหยุดขยายตัวและเริ่มหดตัวลงเนื่องจากแรงจากการระเบิดครั้งใหญ่ในทฤษฎีบิ๊กแบงไม่สามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงที่ดึงดูดกาแลกซี่ต่างๆ ให้เข้ามารวมกันแล้ว เอกภพก็จะหดตัวลงเช่นลูกโป่งที่ปล่อยลมออก (หรือเรียกว่า “เอกภพปิด” : ดูรายละเอียดในเรื่อง “การขยายตัวของเอกภพ”) นักดาราศาสตร์ก็คาดว่าเอกภพจะมีแนวโน้มยุบตัวรวมกัน หรือเรียกว่า “บิ๊กครั๊นช์” (Big Crunch)

แม้เอกภพจะดูเป็นเรื่องใหญ่และไกลตัวเราเกินไป แต่ความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีในปัจจุบัน ทำให้สามารถเก็บข้อมูลในทางดาราศาสตร์ได้ดียิ่งขึ้น โดยข้อมูลดังกล่าวมีแนวโน้มจะสนับสนุนแบบจำลองของเอกภพตามทฤษฎีบิ๊กแบง หนึ่งในข้อมูลดังกล่าวเช่น การสังเกตการณ์พบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงคลื่นไมโครเวฟทั่วทุกทิศทาง หรือเรียกว่าคลื่นไมโครเวฟพื้นหลัง (Cosmic-microwave background radiation : CBR) ซึ่งเป็นข้อมูลที่ยืนยันว่าทฤษฎีบิ๊กแบงน่าจะเป็นแบบจำลองเอกภพที่ถูกต้อง

โลกกับเอกภพ

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

 

 

ข้อมูลจาก atom

 

เพิ่งทำกระทู้แรกนะคะ ^^ ยังไงก้อช่วยติชมด้วยนะคะ

By : คุณเด่นจันทร์ คลับนางฟ้าค่ะ 

 
โหวตให้กระทู้นี้ >>
มีผู้เข้าชมแล้ว 21,969 ครั้ง, โหวตแล้ว 20 ครั้ง / 81 คะแนน
โพสท์โดย: คุณเด่นจันทร์ ชลธี ดู Hot Topic อื่นๆของ คุณเด่นจันทร์ ชลธี
21:46 - 5 มีนาคม 2555 (แก้ไขล่าสุด: 10:12 - 6 มีนาคม 2555)
แจ้งลบ
 
 

Comment!  

   
 
 
   
เนื้อหาถูกโพสท์โดยสาธารณชน แสดงบนเว็บไซต์โดยอัตโนมัติ

จวกยับ กระเป๋ารถเมล์ชี้หน้าด่าคนแก่ ไม่ให้ขึ้นรถเมล์

ทำไปได้! ปกนมรองหนังสือ เพิ่มอรรถรสในการอ่าน

แม่โกหก8ครั้ง ที่ผมไม่มีวันลืม

ไม่สูงไม่รู้หรอก!! 23 เรื่องแย่ๆที่คนตัวสูงต้องพบเจอเป็นประจำ โดนใจใครบ้างรึเปล่า?
ดู Hot Topic ทั้งหมด
 
QUICK LINK
CONTACT US
ADVERTISE
    2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013   2014
Postjung