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

Robo-Dog หุ่นยนต์สำรวจใต้น้ำลึก

Robo-Dog หุ่นยนต์สำรวจใต้น้ำลึก Marcello Calisti นักสำรวจจากเนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก เป็นหัวหน้าโครงการ SILVER (Seabed-Interaction Legged Vehicle for Exploration and Research) โครงการสำรวจใต้น้ำใหม่ที่ใช้หุ่นยนต์แทนนักประดาน้ำ โดยฟุตเทจที่คุณผู้อ่านจะได้ชมนี้ เป็นซากของเรืออับปางบริเวณเกาะ Elba ของอิตาลี ที่หุ่ยนต์สำรวจเป็นผู้ถ่ายไว้ ด้วยขาทั้งสี่ข้างที่เลียนแบบมาจากการเคลื่อนไหวของสัตว์ หุ่นสำรวจ SILVER สามารถเดินท่องไปบนพื้นของมหาสมุทรทั้งยังสามารถเปลี่ยนรูปแบบจากการเดินเป็นการคลาน และยังสามารถกระโดดได้อีกด้วย เมื่อต้องสำรวจในสภาพแวดล้อมต่างๆ ซึ่งเทคโนโลยีใหม่นี้ใช้พลังงานน้อยกว่าการสำรวจด้วยเรือดำน้ำหรือโดรน ทั้งยังปลอดภัยสำหรับนักประดาน้ำในการสำรวจพื้นที่ที่ยากต่อการเข้าถึง นอกจากนั้นทีมนักวิจัยคาดหวังว่าในอนาคตพวกเขาจะใช่ SILVER ในการสำรวจประชากรสัตว์น้ำ หรือเก็บตัวอย่างจากก้นทะเล   อ่านเพิ่มเติม 5 ตัวอย่างที่โดรนใต้น้ำกำลังช่วยปกป้องมหาสมุทรให้เรา

ดาวฤกษ์ : ดวงดาวที่ส่องประกายประดับนภาราตรี

เหล่าดวงดาวที่เปล่งประกายยามราตรี มีแสงส่องสว่างในตัวเอง ความงดงามของนภายามราตรี เราเรียกดวงดาวเหล่านั้นว่า ดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์ (Stars) คือวัตถุขนาดใหญ่ในอวกาศ ที่มีแสงสว่างและพลังงานในตัวเอง เป็นมวลก๊าซขนาดใหญ่ที่ให้กำเนิดอณูพื้นฐานในจักรวาล ทั้งการสร้างและส่งผ่านพลังงาน แสงสว่างและธาตุต่างๆ ไปในห้วงอวกาศ ดาวฤกษ์นั้นถือกำเนิดภายใต้การรวมตัวกันของกลุ่มก๊าซและฝุ่นขนาดใหญ่ในอวกาศ ที่เรียกว่า “หมอกเพลิง” หรือ “เนบิวลา” (Nebula) เนบิวลาที่อยู่ใกล้โลกที่สุด คือ เฮลิกซ์ เนบิวลา (Helix Nebula) ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่กำลังเสื่อมถอยและใกล้สิ้นอายุขัย อยู่ห่างจากโลกราว 700 ปีแสง ดาวฤกษ์ในกาแล็กซี มีจำนวนมากกว่าพันล้านดวง ซึ่งปัจจุบันการนับจำนวนดวงดาวในจักรวาลยังเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ แต่นักดาราศาสตร์คาดการณ์ว่ามีดาวฤกษ์ราว 3 แสนล้านดวงในกาแล็กซีทางช้างเผือก (Milky Way Galaxy) ของเรา การเกิดของดวงดาว วิดีโอเรื่องราวของดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์ ถือกำเนิดขึ้นภายในกลุ่มก้อนก๊าซและฝุ่นผงขนาดใหญ่ในอวกาศ หรือเนบิวลา ซึ่งมีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบหลัก ธาตุตั้งต้นของทุกสรรพสิ่งในจักรวาล การรวมตัวกันของกลุ่มก้อนก๊าซและฝุ่นผง เกิดจากแรงดึงดูดระหว่างกันของสสาร ตามกฎความโน้มถ่วงแห่งเอกภพ (Law of Universe) ทำให้เนบิวลามีขนาดใหญ่ขึ้นตามกาลเวลา มวลที่มากขึ้นและแรงดึงดูดที่มากขึ้น ก่อให้เกิดการหมุนวงของกลุ่มก๊าซและฝุ่นผงคล้ายจานหมุนขนาดใหญ่ […]