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

World Update: หลุมดำโดดเดี่ยวที่พเนจรไปทั่วทางช้างเผือก

เรื่องราวของการค้นพบหลุมดำโดดเดี่ยวที่พเนจรไปทั่วทางช้างเผือก ทีมนักวิทยาศาสตร์ 2 ทีมวิเคราะห์โดยอิสระแยกจากกันแต่ได้ผลลัพธ์แบบเดียวกัน คือตรวจพบวัตถุเล็กที่ไม่ส่องแสงล่องลอยอยู่ในกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา ห่างออกไป 5,153 ปีแสง ผู้เชี่ยวชาญเชื่อว่าอาจมีมากกว่า 100 ล้านดวงในทางช้างเผือกและจุดที่อยู่ใกล้สุดอาจห่างออกไปเพียง 80 ปีแสง “นี่อาจเป็นหลุมดำหรือดาวนิวตรอนที่ลอยได้อิสระดวงแรกที่ค้นพบด้วยไมโครเลนส์โน้มถ่วง(gravitational microlensing)” เจสสิกา ลู (Jessica Lu) จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียกล่าว ทีมของเธอระบุว่าวัตถุนี้มีมวลอยู่ระหว่าง 1.6 ถึง 4.4 เท่าของดวงอาทิตย์ พวกเขาจึงคาดว่าสิ่งนี้น่าจะเป็นดาวนิวตรอน ขณะที่อีกทีมหนึ่งซึ่งนำโดย ไคลาช ซาฮู (Kailash Sahu) จากสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศระบุว่าวัตถุนี้คือ “หลุมดำ” ที่มีมวลอยู่ราว 7.1 เท่าของดวงอาทิตย์ แม้คำตอบของทั้งสองทีมยังคงต้องการการศึกษาและยืนยันเพิ่มเติม แต่ด้วยเครื่องมือใหม่นี้พิสูจน์ให้เห็นว่าเราสามารถตรวจจับวัตถุขนาดเล็กที่ไม่ส่องแสงในกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราได้ วิธีนั้นก็คือการตรวจจับกาล-อวกาศ (Space-Time) ที่ถูกทำให้บิดเบี้ยวด้วยแรงโน้มถ่วงรุนแรงซึ่งแสงจากดวงดาวที่อยู่ด้านหลังจะบิดเบี้ยวตาม ในฐานะผู้สังเกตการณ์ ปรากฎการณ์นี้หมายความว่าเราจะเห็นดวงดาวที่อยู่ใกล้ออกไปสว่างวาบขึ้นมาและมีตำแหน่งเปลี่ยนไปจากเดิม แสดงให้เห็นว่ามีวัตถุที่มีแรงโน้มถ่วงรุนแรงได้บิดกาล-อวกาศผ่านไปด้านหน้า “ด้วยไมโครเลนส์นี้ เราสามารถตรวจสอบวัตถุที่โดดเดี่ยวและมีขนาดเล็ก พร้อมกับชั่งน้ำหนักมันได้ ฉันคิดว่าเราได้ค้บพบเรื่องราวใหม่ของวัตถุที่มืดมิดเหล่านี้ซึ่งยังไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยวิธีอื่น” ลู กล่าว นอกจากนี้ทั้งสองทีมยังวัดความเร็วได้แตกต่างกัน โดยทีมของซาฮูระบุว่าวัตถุนั้นเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 45 กิโลเมตรต่อวินาที ส่วนทีมของลูระบุว่าอยู่ที่ […]

ไก่เองก็สนใจมนุษย์

พฤติกรรมแปลกๆ ในสัตว์ เมื่อดูเหมือนว่าไก่มักนิยมชมชอบคนที่หน้าตาดีมากกว่าคนที่หน้าตาธรรมดา

ลมฟ้าอากาศสุดขั้ว กำลังเกิด ต้องรับมือ และอยู่ให้ได้

เรื่อง นิรมล มูนจินดา ภาพถ่าย จิตรภณ ไข่คำ หลังพ้นตำแหน่งเลขาธิการสหประชาชาติ โคฟี อันนัน รับเป็นประธานคณะทำงานโกลบอลฮิวแมนิแทเรียนฟอรัม (Global Humanitarian Forum) องค์กรอิสระให้ความช่วยเหลือด้านมนุษยธรรม โดยเฉพาะผู้ประสบภัยจากสภาพภูมิอากาศเปลี่ยนแปลง เมื่อปี 2552 องค์กรดังกล่าวตีพิมพ์รายงานเรื่อง Climate Change – The Anatomy of A Silent Crisis ชี้ถึงผลกระทบใหญ่หลวงจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ซึ่งเป็นเหตุให้ผู้คนราว 300,000 คนเสียชีวิต  ร้อยละ 90 ในจำนวนนั้นจากภาวะทุพโภชนาการ อหิวาตกโรค มาลาเรีย ที่เหลือจากเหตุการณ์ภาวะอากาศรุนแรง โคฟี อันนัน ตั้งคำถามว่า “ชาวประมงจะไปอยู่ไหน เมื่ออุณหภูมิของท้องทะเลอุ่นขึ้นจนปะการังและปลาหมดไป  ชาวนารายย่อยจะทำอย่างไรกับปศุสัตว์และพืชผลเมื่อน้ำแห้งเหือด  ครอบครัวทั้งหลายจะเหลืออะไร  เมื่อผืนดินอันอุดมและแหล่งน้ำจืดปนเปื้อนเกลือจากน้ำทะเลหนุน”   คำถามเหล่านี้อาจไม่มีใครอยากตอบจริงจัง เพราะร้อยละ 99 ของผู้เสียชีวิตจากสภาพภูมิอากาศเปลี่ยนแปลงอยู่ในประเทศกำลังพัฒนาที่ทั้งยากจนและห่างไกลในแอฟริกาบ้าง อินเดียบ้าง ไม่เกี่ยวอะไรกับคนเมืองอื่น  จึงอาจกล่าวได้ว่าเป็น “กายวิภาคของวิกฤตอันเงียบงัน” นับตั้งแต่ปี 2558 […]