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

ดาวอังคาร การแข่งขันสู่ดาวเคราะห์แดง

อีลอน มัสก์ อยากไป ” ดาวอังคาร ” คำกล่าวอันลือเลื่องของผู้ก่อตั้งและซีอีโอของบริษัทสเปซเอกซ์  (SpaceX)  คือเขาอยากตายบน ดาวอังคาร และไม่ใช่แค่ยานตกตาย  เทคโนโลยีที่อาจช่วยป้องกันอุบัติเหตุดังกล่าวผ่านการทดสอบสำคัญในคืนหนึ่งเมื่อเดือนธันวาคมปีที่แล้ว เมื่อจรวดฟัลคอน 9 (Falcon 9) ที่สร้างโดยสเปซเอกซ์  ทะยานขึ้นจากแหลมคะแนเวอรัลในรัฐฟลอริดา พร้อมบรรทุกดาวเทียมสื่อสาร 11 ดวง เรื่อง โจล แอเคนบาค ภาพถ่าย ฟิลลิป ทอลีดาโน, โรเบิร์ต คลาร์ก, แมกซ์ อากีเลรา-เฮลล์เวก และมาร์ก ทีสเซน หลังบินขึ้นไม่กี่นาที จรวดเร่ง (booster) ก็ถูกปลดออก เหมือนกับจรวดเร่งนับพันลำที่ใช้กันมาตั้งแต่อรุณรุ่งของยุคอวกาศ ซึ่งเผาไหม้ในบรรยากาศและเหลือชิ้นส่วนตกกระจายในมหาสมุทร แต่จรวดเร่งลำนี้ไม่ถูกทิ้ง แทนที่จะตกลงไปเฉยๆ มันกลับหมุนตัว ติดเครื่องเพื่อชะลอการตกและบินไปหาแท่นลงจอดที่อยู่ใกล้ พูดให้ง่ายคือมันบินถอยหลัง บริษัทสเปซเอกซ์เพิ่งบรรลุก้าวย่างสำคัญในความพยายามสร้างจรวดใช้ซ้ำได้  มัสก์คำนวณว่า  เทคโนโลยีนี้อาจลดค่าใช้จ่ายในการส่งจรวดลงเหลือหนึ่งในร้อย  ซึ่งทำให้สเปซเอกซ์ได้เปรียบในธุรกิจส่งดาวเทียมและการส่งสิ่งอุปกรณ์ (supply) ให้สถานีอวกาศนานาชาติ แต่นั่นไม่ใช่จุดหมายของมัสก์ เขาบอกในการแถลงข่าวคืนนั้นว่า การลงจอดของจรวดเร่งเป็น “ก้าวสำคัญบนเส้นทางสู่ความสามารถในการจัดตั้งเมืองบนดาวอังคาร” บริษัทสเปซเอกซ์ซึ่งก่อตั้งเมื่อปี […]

เทียบกันตาต่อตา

การจำลองภาพการมองเห็นของสัตว์อย่างสมบูรณ์แบบเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ แต่ช่างภาพของเราสร้างภาพให้ใกล้เคียงได้โดยใช้ชุดอุปกรณ์ของเขาผสมผสานข้อมูลจากห้องปฏิบัติการ เช่น ความหนาแน่นของตัวรับแสงและปฏิกิริยาต่อแสง จากภาพเปรียบเทียบนี้ ภาพด้านซ้ายคือการมองเห็นของมนุษย์ เทียบกับภาพด้านขวาแทนการมองเห็นของสัตว์ หนอนตัวแบน (พลานาเรีย) (Dugesia dorotocephala) ตาของหนอนตัวแบนประกอบด้วยเซลล์ ตัวรับแสงรูปทรงคล้ายถ้วยขนาดเล็กที่สามารถระบุได้ว่า แสงมาจากทิศทางใด หนอนจำเป็นต้องใช้เบาะแสนี้ในการระบุถิ่นอาศัยที่เหมาะสม ซึ่งต้องมีที่กำบังแสงอาทิตย์ แมงกะพรุนกล่อง (Tripedalia cystophora) แมงกะพรุนกล่องไม่มีสมองสำหรับแปลผลข้อมูล ที่ได้จากประสาทรับความรู้สึก แต่มันตอบสนองต่อภาพความคมชัดตํ่าแบบเรียบง่ายได้ ดวงตาที่มีเลนส์สี่ดวงมองขึ้นด้านบนเพื่อรับรู้ร่มเงาพืชชายเลนซึ่งเป็นบริเวณที่มีอาหารอุดมสมบูรณ์ ดวงตาที่มีเลนส์อีก สี่ดวงมองลงด้านล่างผ่านร่างกายโปร่งใสเพื่อช่วยให้มันหลบหลีกสิ่งกีดขวางด้านล่างได้ ผีเสื้อเหยี่ยวงวงช้าง (Deilephila elpenor) รูม่านตาขนาดใหญ่ของผีเสื้อเหยี่ยวงวงช้างเอื้อให้แสงปริมาณมากผ่านเข้าสู่ดวงตา ช่วยให้มันแยกแยะสีได้แม้แต่ในแสงสลัวของดวงดาวในคืนข้างแรม ดังนั้นผีเสื้อที่หากินในเวลากลางคืนและมีเครื่องนำทางชนิดนี้จึงสามารถเสาะหานํ้าต้อยในดอกไม้ ซึ่งมีสีสันที่มนุษย์มองไม่เห็นในเวลากลางคืนได้ แมว (Felis catus) ดวงตาของแมวบ้านมีเซลล์รูปแท่งที่ไวต่อสภาวะแสงน้อยดีกว่าของมนุษย์ และรูม่านตาแบบช่องเล็กยาวเปิดได้กว้างในความมืด ช่วยให้แมวล่าสัตว์ขนาดเล็กในเวลากลางคืนได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตาม ความที่มีเซลล์รูปกรวยที่ไวต่อสีน้อยกว่า แมวจึงแยกแยะสีเขียวกับสีแดงไม่ได้ นกอินทรีหัวล้าน (Haliaeetus leucocephalus) ถ้าอยากมองหาดวงตาที่มีความคมชัดสูงเป็นพิเศษ (2.5 เท่าของดวงตามนุษย์) ให้ดูนกอินทรีหัวล้าน เป็นตัวอย่าง ขณะที่จอตาของมนุษย์มีบริเวณที่มี ตัวรับแสงหนาแน่นอยู่บริเวณเดียว นกอินทรีมี สองบริเวณ ซึ่งช่วยให้มันเห็นตรงด้านหน้าและ ด้านข้างได้ในเวลาเดียวกัน […]

นักวิทยาศาสตร์หญิง : เวลานี้คือยุคทอง

อนาคตของแวดวงงานวิจัยกำลังมีผู้หญิงเพิ่มมากขึ้น  โครงการต่างๆ ซึ่งบ่มเพาะเยาวชนหญิงที่สนใจอาชีพทางวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์  ไม่เพียงท้าทายอุปสรรคที่เคยบั่นทอนกำลังใจผู้หญิงรุ่นก่อน แต่ยังผลักดันให้เกิดนักวิทยาศาสตร์หญิงรุ่นใหม่เพิ่มมากขึ้นอย่างที่ไม่เคยเป็นมาก่อน 

แขนจิ๋วของทีเร็กซ์อาจเป็นอาวุธอันตราย

แขนจิ๋วของ ทีเร็กซ์ อาจเป็นอาวุธอันตราย แขนจิ๋วสองข้างของเจ้าไดโนเสาร์ ทีเร็กซ์ เป็นปริศนาคาใจมาช้านาน ตลอดหลายปีที่ผ่านมามีหลายทฤษฎีเกี่ยวกับแขนคู่นี้ ไม่ว่าจะเป็นไว้สำหรับจับเหยื่อที่กำลังดิ้นรนรอความตาย, ช่วยยันตัวไดโนเสาร์เองขึ้นมาจากพื้น หรือใช้จับคู่ของมันขณะผสมพันธุ์ ไม่ว่าแขนของมันจะมีไว้ใช้ทำอะไรก็ตาม ผลการศึกษาที่เป็นเอกฉันท์ในช่วงหลายปีมานี้ลงความเห็นว่าแขนคู่นี้เป็นหลักฐานที่แสดงให้เห็นเศษตกค้างจากวิวัฒนาการของมัน ที่มันได้รับมาจากบรรพบรุษทีเร็กซ์ คล้ายกับปีกในนกที่บินไม่ได้และในขณะเดียวกันนักวิทยาศาสตร์ก็เสนอว่า การที่แขนของมันมีขนาดเล็กลงนั้นมีขึ้นเพื่อจำเป็นให้รับกับศีรษะและลำคอที่ทรงพลังไปด้วยมัดกล้ามเนื้อของมัน แต่ปัจจุบันนักวิจัยชี้ว่าสิ่งที่เราเข้าใจทั้งหมดนี้อาจผิด สตีเฟ่น สแตนลีย์ นักบรรพชีวินวิทยาจากมหาวิทยาลัยฮาวาย เชื่อว่าแขนของไทแรนโนซอรัสวิวัฒนาการขึ้นเพื่อใช้ในการข่วนระยะใกล้ ซึ่งด้วยกรงเล็บแหลมความยาว 4 นิ้ว นั่นจะสร้างบาดแผลฉกรรจ์ให้แก่เหยื่อที่เจอเข้ากับอาวุธร้ายอันตรายนี้เข้าไป “ในระยะใกล้ ขากรรไกรที่แข็งแรงและกรงเล็บขนาดใหญ่ของทีเร็กซ์สามารถจับเหยื่อจากด้านหลังได้อยู่หมัดและยังข่วนเหยื่อให้เป็นแผลลึกยาวเกือบเมตร ภายในเวลาเพียงไม่กี่วินาที” สแตนลี่ย์กล่าว “ซึ่งทั้งหมดนี้มันสามารถทำซ้ำได้อีกหลายครั้งอย่างรวดเร็ว” จากการศึกษาพบว่ามีไดโนเสาร์สายพันธุ์ที่ใกล้เคียงกับทีเร็กซ์ใช้กรงเล็บของมันข่วนเหยื่อเช่นกัน “ฉะนั้นแล้วในแง่ของอาวุธที่น่าเกรงขาม ทำไมทีเร็กซ์จะไม่ใช่ประโยชน์จากอวัยวะนี้?” สแตนลี่ย์ถาม ตัวเขาเสนอรายงานการค้นพบนี้ เมื่อปลายเดือนตุลาคม ในซีแอตเทิล ระหว่างการประชุมที่จัดขึ้นโดยสมาคมธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกา ในกรณีนี้นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องโฟกัสไปที่กระดูกแขนของทีเร็กซ์ ซึ่งแรงข่วนจะมีมากน้อยแค่ไหนขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ “กระดูกและข้อต่อที่ไม่ปกติ” มีส่วนช่วยให้แขนของมันเคลื่อนไหวได้หลายทิศทาง ซึ่งสนับสนุนทฤษฎีการข่วน สแตนลี่ย์กล่าว นอกจากนั้นไทแรนโนซอรัสยังเสืยกรงเล็บข้างหนึ่งของมันไปจากวิวัฒนาการอีกด้วย สิ่งที่เกิดขึ้นนี้ช่วยให้แรงกดมากกว่า 50% ถ่ายเทไปที่กรงเล็บที่เหลือทั้ง 2 ข้าง และช่วยให้การข่วนเฉือนเหยื่อมีประสิทธิภาพมากขึ้น (เกราะของไดโนเสาร์สายพันธุ์นี้ก็อาจไม่ได้มีไว้แค่การต่อสู้เช่นกัน)    ข่วนเฉือนเพื่อผสมพันธุ์ อย่างไรก็ตามมีผู้เชี่ยวชาญที่ไม่เห็นด้วย “มันดูไร้เหตุผลที่จะใช้แขนเล็กๆ […]