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

กลุ่มดาว บนท้องฟ้า (Constellations)

ความเชื่อและการศึกษาเรื่อง กลุ่มดาว นับตั้งแต่มนุษย์ดำรงอาศัยอยู่บนโลกใบนี้ ปริศนาของวัตถุบนท้องฟ้าเป็นสิ่งที่ถูกให้ความสำคัญตลอดมา ผู้คนเฝ้ามองผืนฟ้าอันกว้างใหญ่ ทำการจดจำและบันทึกการปรากฏขึ้นของ กลุ่มดาว และใช้แสงสว่างเล็กๆ เหล่านี้เป็นเครื่องเตือนเวลา และนาฬิกาที่บ่งบอกการผันเปลี่ยนของฤดูกาล ใช้เป็นเข็มทิศนำทาง รวมถึงการนำโลกของดวงดาวมาเป็นแรงบันดาลใจในการสร้างสรรค์ตำนาน และนิทานพื้นบ้านในหลากหลายวัฒนธรรม มนุษย์ทำการรวบรวมดวงดาวที่ส่องสว่างเหล่านี้เข้ามาไว้ด้วยกันตามความคิด จินตนาการและความเชื่อ จนกลายเป็นต้นกำเนิดของ  “กลุ่มดาว” มากมายที่เรารู้จักในปัจจุบันนี้ กลุ่มดาว (Constellations) คือ กลุ่มของดาวฤกษ์ที่ถูกกำหนดขึ้น ผ่านการเชื่อมต่อกันเป็นรูปร่างต่างๆ ตามจินตนาการในอวกาศสามมิติ ซึ่งในอดีตมนุษย์เราเชื่อว่าดวงดาวแต่ละดวงถูกตรึงไว้บนผิวของทรงกลมขนาดใหญ่ที่เรียกว่า “ทรงกลมท้องฟ้า” (Celestial sphere) โดยอยู่ห่างจากโลก ซึ่งเป็นจุดศูนย์กลางในระยะทางที่เท่ากัน จึงได้รวบรวมดวงดาวที่อยู่ใกล้เคียงกันเป็นกลุ่มตามจินตนาการ ไม่ว่าจะเป็นคน สัตว์ สิ่งของ หรือเทพเจ้าในตำนาน เรียกรวมกันเป็นกลุ่มดาว อ่านเพิ่มเติมเรื่อง การกำเนิดดาวฤกษ์ แต่ในความเป็นจริงแล้ว ดวงดาวแต่ละดวงอยู่ห่างไกลกันมากในห้วงอวกาศ รวมถึงมีลักษณะที่แตกต่างกันออกไปอย่างสิ้นเชิง เช่น สี ขนาด รูปร่างและความสว่างของดาวแต่ละดวง แต่จากการที่ดวงดาวเหล่านี้ อยู่ห่างไกลจากโลกมากนัก มนุษย์จึงเห็นดวงดาวหยุดนิ่งอยู่กับที่ ทั้งๆ ที่ดาวฤกษ์ทุกดวงในจักรวาล มีการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วและทิศทางที่แตกต่างกันออกไปอยู่ตลอดเวลา ส่งผลให้กลุ่มดาวที่เราสังเกตเห็นในอดีตเมื่อหลายหมื่นปีก่อน มีระยะห่างระหว่างดาวแต่ละดวงหรือรูปร่างแตกต่างออกไปจากกลุ่มดาวที่เราพบเห็นในปัจจุบัน รวมไปถึงการเปลี่ยนแปลงที่จะเกิดขึ้นอีกในอนาคตหลายหมื่นปีข้างหน้าอีกด้วย ปัจจุบัน มีกลุ่มดาวที่มนุษย์ศึกษามีทั้งหมด […]

เชื้อเพลิงฟอสซิล (Fossil Fuel)

เชื้อเพลิงฟอสซิล (Fossil fuel) คืออินทรีย์สารใต้พื้นโลกที่เกิดจากการทับถมกันของซากพืชซากสัตว์ใต้ทะเลลึกเมื่อหลายพันล้านปีก่อนพร้อมกับได้รับความร้อนจากใต้พื้นพิภพ ทำให้ซากพืชซากสัตว์ที่ทับถมกันหนาแน่นใต้ชั้นหินตะกอนเกิดการย่อยสลายกลายเป็นแหล่งสะสมของสารประกอบไฮโดรคาร์บอน (Hydrocarbon) ขนาดใหญ่ ที่มนุษย์นำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงและแหล่งกำเนิดพลังงานต่างๆ เชื้อเพลิงฟอสซิลจำแนกออกเป็น 3 ประเภทตามสถานะของสาร ได้แก่ ของแข็ง: ถ่านหิน (Coal) หินตะกอนสีน้ำตาลดำ หรือถ่านหิน เกิดจากซากพืชในพื้นที่ชื้นแฉะทับถมกันเป็นเวลานาน (ราว 300 ถึง 360 ล้านปี) ภายใต้แรงดันและความร้อนสูงที่อยู่ลึกลงไปจากพื้นผิวโลก ส่งผลให้เกิดการย่อยสลายและเกิดเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนในสถานะของแข็ง ถ่านหินแบ่งออกเป็น 5 ประเภทตามองค์ประกอบทางเคมี ได้แก่ พีต (Peat) ลิกไนต์ (Lignite) ซับบิทูมินัส (Sub-Bituminous) บิทูมินัส (Bituminous) และแอนทราไซต์ (Anthracite) การนำมาใช้ประโยชน์: เป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่สำคัญในการผลิตพลังงานไฟฟ้า พลังงานความร้อน และการผลิตข้าวของเครื่องใช้มากมาย ผู้ผลิตหลัก: จีน อินเดีย และสหรัฐอเมริกา ของเหลว: น้ำมันดิบ (Crude oil) น้ำมันดิบประกอบด้วยคาร์บอน (Carbon) และไฮโดรเจน (Hydrogen) […]

นักดาราศาสตร์ได้เปิดเผยรูปหลุมดำเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์

นักดาราศาสตร์ได้ทำการเปิดเผยภาพหลุมดำเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ จากการใช้กล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดเท่ากับโลก นี่คือเหตุผลว่าทำไมเหตุการณ์นี้ถึงสำคัญ