ทฤษฎีบิ๊กแบง (Big Bang Theory) - เนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก ฉบับภาษาไทย

ทฤษฎีบิ๊กแบง (Big Bang Theory)

การค้นพบ ทฤษฎีบิ๊กแบง

ทฤษฎีบิ๊กแบง (Big Bang Theory) คือ แบบจำลองในจักรวาลวิทยาที่ใช้อธิบายถึงการกำเนิดและวิวัฒนาการของเอกภพ (Universe) ซึ่งเป็นทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับและกล่าวถึงมากที่สุด จากหลักฐานทางวิทยาศาสตร์หลายชิ้นและการสังเกตการณ์ของเหล่านักดาราศาสตร์ ทำให้เกิดข้อสรุปร่วมกันว่า ขณะนี้ เอกภพ หรือจักรวาล กำลังขยายตัวออกไป ดวงดาวและกาแล็กซีกำลังเคลื่อนที่ออกห่างจากกันทุกวินาที

ดังนั้น เมื่อย้อนเวลากลับไปหลายพันล้านปีก่อนจนถึงจุดเริ่มต้นของทุกสรรพสิ่ง ทุกสสารและพลังงานในจักรวาล ต้องอยู่ใกล้ชิดกันยิ่งกว่านี้ และมีจุดกำเนิดมาจากจุดเดียวกัน นั่นคือ การระเบิดครั้งใหญ่ หรือ บิ๊กแบง

จากจุดที่มีขนาดเล็กยิ่งกว่าอะตอมเป็นพันล้านเท่า จุดที่มีอุณหภูมิและความหนาแน่นเป็นอนันต์ (Singularity) จุดที่รวมแรงทั้ง 4 ในธรรมชาติไว้เป็นหนึ่งเดียว (แรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์เข้มและแรงนิวเคลียร์อ่อน) ก่อนจะเกิดการขยายตัว หรือ การระเบิดออกอย่างรวดเร็วและรุนแรง ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของเอกภพ สสาร และพลังงาน รวมถึงที่ว่าง (Space) และกาลเวลา (Time) ส่งสสารและพลังงานไปในห้วงอวกาศ ให้กำเนิดดวงดาวและกาแล็กซี จนเป็นจักรวาลอย่างที่เราเห็นอยู่ในทุกวันนี้

อ่านเพิ่มเติม : ระบบสุริยะจักรวาล

แนวคิดในทฤษฎีบิ๊กแบงถูกเสนอขึ้นครั้งแรก ในปี 1927 โดย บาทหลวง ฌอร์ฌ เลอแม็ทร์ (Georges Lemaître) ซึ่งเป็นทั้งนักดาราศาสตร์และศาสตราจารย์ชาวเบลเยียม ด้วยความเชื่อที่ว่า เอกภพมีจุดเริ่มต้นจากจุดเพียงจุดเดียว จุดเล็กๆ ที่มีความหนาแน่นสูง หรือที่เรียกว่า “อะตอมดึกดำบรรพ์” (Primeval Atom) ก่อนจะเกิดการระเบิดและขยายตัวจนมีขนาดใหญ่อย่างเช่นในปัจจุบันนี้ และจากความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ทฤษฎีบิ๊กแบงได้รับการยอมรับและการสนับสนุนจากหลักฐานทางวิทยาศาสตร์มากมาย

โดยเฉพาะการค้นพบ การขยายตัวของเอกภพ ในปี 1929 ของ เอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน ผู้ทำการสังเกตกาแล็กซี M33 ฮับเบิลพบว่าดาวฤกษ์ในกาแล็กซีข้างเคียงกำลังเคลื่อนที่ออกห่างจากเรา เช่นเดียวกับกาแล็กซีอื่นๆ ฮับเบิลใช้ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ (Doppler Effect) เพื่อตรวจวัดการเคลื่อนที่ของวัตถุผ่านคลื่นความถี่ และผลจากการสำรวจนี้ ทำให้ฮับเบิลค้นพบ ปรากฏการณ์การเลื่อนทางแดง หรือ เรดชิฟท์ (Red Shift) ซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อแหล่งกำเนิดแสงเคลื่อนที่ออกห่างจากผู้สังเกตการณ์ ดังนั้น หากกาแล็กซีเคลื่อนที่ห่างออกจากเราไปไกลเท่าไหร่ จะส่งผลให้ความยาวคลื่นที่ชัดเจนของแสงเลื่อนไปยังส่วนสีแดงของสเปกตรัมมากยิ่งขึ้นเท่านั้น

รวมถึงการค้นพบ อุณหภูมิพื้นหลังอวกาศ (Cosmic Microwave Background) โดย นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน 2 คน คือ โรเบิร์ต วิลสัน (Robert Wilson) และ อาร์โน เพนเซียส (Arno Penzius) ในปี 1965 ซึ่งพบว่าในจักรวาลมีอุณหภูมิราวลบ 270 องศาเซลเซียส กระจายอยู่ทั่วไปอย่างสม่ำเสมอ และรังสีความร้อนที่กระจายอยู่ทั่วไปนี้ สอดคล้องกับพลังงานที่หลงเหลืออยู่จากการระเบิดครั้งใหญ่ในทฤษฎีบิ๊กแบง ส่งผลให้การค้นพบครั้งนี้ ถูกเรียกว่า เสียงจากการระเบิด (Echoes of the Big Bang)

หลังการระเบิดและจักรวาลในวันนี้

หลังการระเบิดครั้งใหญ่ (Big Bang) เมื่อ 13.7 พันล้านปีก่อน เพียงเสี้ยววินาที ในสภาพที่อุณหภูมิร้อนจัดนั้น ก่อกำเนิดอนุภาคพื้นฐานคือ ควาร์ก (Quark) อิเล็กตรอน (Electron) นิวทริโน (Neutrino) และโฟตอน (Photon) รวมถึงพลังงาน กระจายไปทั่วจักรวาล พร้อมกับการเกิดของ ปฏิอนุภาค (Anti-particle) ที่มีประจุไฟฟ้าตรงกันข้าม เกิดการจับคู่กันของอนุภาคชนิดเดียวกัน ก่อนหลอมรวมกันจนเนื้อสารถูกแปรเปลี่ยนไปเป็นพลังงานจนหมดสิ้น ซึ่งโชคยังดีที่ในธรรมชาติ อนุภาคมีจำนวนมากกว่าปฏิอนุภาค การจับคู่กันที่ไม่ลงตัว ทำให้เกิดทั้งสสารและพลังงานในเอกภพของเรา หลังการระเบิดราว 3 แสนปี แรงจากการระเบิดส่งสสารและพลังงานกระจายไปทั่วห้วงอวกาศ ทำให้อุณหภูมิร้อนจัดลดลงเหลือราว 10,000 เควิน ก่อให้เกิดอะตอมไฮโดรเจนและฮีเลียม ซึ่งเป็นธาตุพื้นฐานในจักรวาล

ทฤษฎีบิ๊กแบง, เอกภพ, กำเนิดจัรกวาล, บิ๊กแบง
การศึกษาเรื่องการกำเนิดเอกภาพ ยังคงเกิดคำถามและข้อสงสัยที่ยังหาคำตอบไม่ได้ถึงทุกวันนี้

ในขณะนั้น ยังไม่มีดวงดาวสักดวงปรากฏขึ้น จนเวลาผ่านไปกว่าหนึ่งพันล้านปี ดวงดาวและกาแล็กซีจึงถือกำเนิดจากกลุ่มก๊าซและฝุ่นผง เกิดวิวัฒนาการ รวมถึงการคงอยู่และดับไปของดวงดาวและกาแล็กซีมากมาย ซึ่งส่งผลให้จักรวาลในวันนี้ มีทั้งดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์น้อย ดาวหาง หรือ แม้แต่หลุมดำ

อย่างไรก็ตาม ในจักรวาลนั้นยังเต็มไปด้วยปริศนาที่เรายังไม่สามารถหาคำตอบได้ เช่น ก่อนหน้าการเกิดบิ๊กแบงมีสิ่งใดดำรงอยู่ หรือ ในห้วงอวกาศอันว่างเปล่านั้น มีสสารอะไรที่สามารถพยุงกาแล็กซีให้คงอยู่ในรูปร่างที่เราเห็นเช่นในปัจจุบันนี้ นักดาราศาสตร์เชื่อว่าในความเวิ้งว้างนั้น มีสสารมืด (Dark matter) และพลังงานมืด (Dark energy) ที่เรายังไม่สามารถหาคำอธิบายได้ดำรงอยู่ สสารมืด ที่นักดาราศาสตร์ทราบถึงการคงอยู่ของมัน จากอิทธิพลของแรงดึงดูดเพียงเท่านั้น สสารที่ไม่สะท้อนแสงและไม่มีแรงแม่เหล็กไฟฟ้าใดๆ รวมถึงพลังงานลึกลับที่ครอบคลุมถึงร้อยละ 70 ของปริมาณมวลและพลังงานในจักรวาล ขณะที่สสารที่เรารู้จัก จากตัวเราจนถึงดวงดาวบนท้องฟ้าเป็นเพียงสัดส่วนอันน้อยนิด (ร้อยละ 4) ในจักรวาลอันกว้างใหญ่แห่งนี้

เอกสารอ้างอิง

National Geographic

องค์กร CERN

ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์ (LESA)

องค์การ NASA

สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ

Cornell University


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : การค้นพบทางดาราศาสตร์: ดวงดาวบนฟ้ากำเนิดมาพร้อมกับกาแล็กซี

เรื่องแนะนำ

บทบาทหน้าที่ทางนิเวศวิทยา คืออะไร

บทบาทหน้าที่ทางนิเวศวิทยา คือเรื่องราวความซับซ้อนของระบบนิเวศ และความจำเพาะเจาะของสิ่งมีชีวิตที่อยู่ในระบบนิเวศที่แตกต่างกัน บทบาทหน้าที่ทางนิเวศวิทยา หรือ “นิช” (Ecological Niche) หมายถึง ตำแหน่งการวางตัวของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดในระบบนิเวศ ซึ่งระบบนิเวศแต่ละระบบของโลกล้วนประกอบขึ้นจากสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิดที่ดำรงอยู่ท่ามกลางความสัมพันธ์อันสลับซับซ้อน ทั้งที่เกิดขึ้นระหว่างสิ่งมีชีวิตด้วยกันเองและความสัมพันธ์ต่อสิ่งแวดล้อม สภาพภูมิอากาศ อุณหภูมิ ความชื้น หรือแม้แต่ความเข้มของแสง ดังนั้น การคงอยู่ของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจึงแสดงให้เห็นถึงการมีบทบาทหน้าที่อันเฉพาะเจาะจงที่สามารถสร้างผลกระทบต่อระบบนิเวศที่ตนอาศัยอยู่ และในทางกลับกันยังแสดงให้เห็นถึงข้อจำกัดและปัจจัยทางกายภาพที่ก่อให้เกิดวิถีชีวิตเฉพาะของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ แนวคิดเรื่อง “นิช” ในการศึกษาทางนิเวศวิทยา (Concepts of Ecological Niche) “นิช” กับบทบาทหน้าที่ทางนิเวศวิทยาของสิ่งมีชีวิต (Functional Niche) หมายถึง สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดมีบทบาทหน้าที่เฉพาะเจาะจง และปรับตัวของตนต่อความเปลี่ยนแปลงในระบบนิเวศ ทั้งประเภทของอาหารการกิน แหล่งที่อยู่อาศัย และบทบาทหน้าที่เชิงอาหาร (Trophic Niche) การถ่ายทอดพลังงาน (Energy Transfer) และการหมุนเวียนของสสาร (Biogeochemical Cycle) ในระบบนิเวศ ดังนั้น ในแต่ละระบบนิเวศของโลกจะไม่มีสิ่งมีชีวิตหลายชนิดทำหน้าที่หรือมี “นิช” ที่เหมือนกันทุกประการ เพราะการมีพฤติกรรม แหล่งอาหาร และบทบาทหน้าที่ซ้อนทับกันอย่างสมบูรณ์จะนำไปสู่การแข่งขันแย่งชิงทรัพยากรกันโดยตรง และหากปราศจากการปรับตัวอาจนำไปสู่การสูญสิ้นเผ่าพันธุ์อย่างถาวร แต่ในระบบนิเวศมีสิ่งมีชีวิตบางชนิดที่มี “นิช” […]

ต้นไม้สื่อสารกันได้

ต้นไม้สื่อสารกันได้ ต้นไม้พูดได้! แต่ไม่ใช่เปล่งคำพูดออกมาให้เราฟังเช่นในภาพยนตร์ การสื่อสารของต้นไม้เกิดขึ้นที่ใต้ผืนดิน ณ เครือข่ายรากของพวกมันต่างหาก ซูซาน ซิมาร์ด นักนิเวศวิทยาป่าไม้ ติดตามสารเคมีจำเพาะบางอย่าง และพบว่าต้นไม้ในป่าสนดักลาสของแคนาดากำลังพูดคุยกันใต้ดิน ด้วยการสร้างความสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกันที่เรียกว่า “ไมคอร์ไรซา” (mycorrhiza) ร่วมกับราเพื่อส่งสัญญาณต่างๆ และแบ่งปันทรัพยากรระหว่างกัน เริ่มต้นด้วย “ต้นแม่” ต้นไม้ที่มีขนาดใหญ่ที่สุด สูงที่สุด และได้รับแสงแดดในการผลิตอาหารมากกว่าที่มันต้องการ กลุ่มราหรือไมซีเลียมที่ห่อหุ้มปลายรากของต้นแม่จะส่งธาตุอาหารจากดินให้แลกกับน้ำตาลที่ต้นไม้ผลิตได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่ราขาดแคลน จากนั้นราจะส่งน้ำตาลให้กับต้นไม้เล็กกว่าที่อ่อนแอ และอยู่ในร่มเงาของต้นไม้ใหญ่ ด้วยวิธีการนี้ช่วยให้ต้นไม้ใหญ่สามารถแบ่งปันสารอาหารไปยังต้นไม้อื่นๆ ได้ โดยผ่านเครือข่ายของราที่อาศัยอยู่บริเวณราก นอกจากนั้นหากต้นไม้เผชิญกับความเครียดหรือภัยคุกคามก็ยังสามารถส่งสัญญาณเคมีเตือนต้นไม้ต้นอื่นได้ด้วยเช่นกัน ด้านนักวิจัยพบว่าป่าที่มีการเชื่อมโยงเครือข่ายกันในลักษณะนี้จะช่วยให้ต้นไม้อยู่รอดได้ดีกว่า และหากต้นแม่ถูกโค่นลง ต้นไม้เล็กๆ ก็จะตายตามอีกด้วย   อ่านเพิ่มเติม ค้นพบต้นไม้เก่าแก่ที่สุดในยุโรป และยังคงเติบโตอยู่

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติช่วยคืนหางให้แอลลิเกเตอร์

อันที่จริงแอลลิเกเตอร์ตัวนี้เคยได้รับการต่อหางมาแล้วจากแอลลิเกเตอร์ตัวที่ตายไป แต่ดูเหมือนว่าหางเทียมจามการพิมพ์สามมิติจะเป็นที่ถูกใจมันมากกว่า

ดาวเคราะห์แคระ (Dwarf Planet)

ดวงดาวในระบบสุริยะมีอยู่มากมายหลายชนิด และหนึ่งในนั้นคือ ดาวเคราะห์แคระ ดาวเคราะห์แคระ (Dwarf planets) คือดวงดาวที่มีลักษณะคล้ายดาวเคราะห์ หรือดาวเคราะห์น้อย โดยมีคุณสมบัติที่สำคัญ 4 ประการ คือ 1) โคจรรอบดวงอาทิตย์ 2) มีมวลมากพอที่ก่อให้เกิดสมดุลไฮโดรสแตติก (Hydrostatic equilibrium) จากการต้านกันระหว่างแรงโน้มถ่วงของดวงดาวและแรงที่กระทำต่อวัตถุแข็งเกร็ง (Rigid body forces) ซึ่งทำให้ดวงดาวมีรูปร่างเป็นทรงกลม หรือ ทรงกลมเกือบสมบูรณ์ 3) มีวงโคจรไม่แน่ชัด และไม่สามารถควบคุมแรงดึงดูดและวงโคจรของวัตถุต่างๆ ที่อยู่รอบวงโคจรของตัวเองได้ 4) ไม่เป็นดวงจันทร์บริวารของดาวดวงอื่น ดาวเคราะห์แคระได้รับการเสนอขึ้นโดยสหพันธ์ดาราศาสตร์สากล (International Astronomical Union หรือ IAU) ตามการจำแนกชนิดดาวเคราะห์ เมื่อวันที่ 24 สิงหาคม ปี 2006 เช่นเดียวกับการเปลี่ยนสถานะของดาวพลูโตจากดาวเคราะห์เป็นดาวเคราะห์แคระ หลังการค้นพบวัตถุแข็งและดาวเคราะห์น้อยจำนวนมากในระบบสุริยะชั้นนอก (Outer solar system) ผสานกับคุณสมบัติของดาวพลูโตที่มีวงโคจรไม่สมบูรณ์เหมือนดาวเคราะห์ดวงอื่น ซึ่งดาวพลูโตนั้นโคจรเป็นวงรีและมีบางส่วนของวงโคจรซ้อนทับกับวงโคจรของดาวเนปจูน อีกทั้ง ดาวพลูโตยังเป็นดวงดาวที่ไม่สามารถควบคุมแรงดึงดูดของตัวเองได้อีกด้วย ขณะนี้ นอกจากดาวเคราะห์ 8 […]