“ทฤษฎีบิ๊กแบง” กำเนิดเอกภพที่ประกอบไปด้วยหนึ่งแสนล้านกาแล็กซี่ ซึ่งยังเต็มไปด้วยหลายปริศนา และนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกยังคงพยายามค้นหาคำตอบของความลับที่ซ่อนอยู่ในอวกาศต่อไป
เอกภพ คือที่ว่างที่มีอาณาเขตกว้างใหญ่ไพศาลจนไม่สามารถกำหนดขอบเขตได้ ในเอกภพประกอบไปด้วยหลายๆ กลุ่มดาว หรือ กาแลคซี่ หรือ จักรวาล ภายในกาแลคซี่ประกอบไปด้วยดวงดาวมากมายหลายร้อยล้านดวง ทั้งดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ ฝุ่นและกลุ่มเนบิวลา เช่นเดียวกับกลุ่มดาวที่โลกเราอยู่คือ กาแลคซี่ทางช้างเผือก
ทั้งนี้ นักดาราศาสตร์เชื่อว่าเอกภพประกอบด้วยกาแล็กซี่ถึง หนึ่งแสนล้านกาแล็กซี่ ซึ่งกาแล็กซี่แมกเจนแลนใหญ่อยู่ใกล้กาแล็กซี่ทางช้างเผือกของเรามากที่สุด ด้วยระยะทางที่แสงใช้ระยะทางในการเดินทางถึง 170,000 ปี โดยเอกภพทั้งหมดถือกำเนิดขึ้นมาได้อย่างไรเป็นปริศนาที่นักดาราศาสตร์พยายามค้นหาคำตอบมาเนิ่นนานแล้ว ปัจจุบันคำอธิบายที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดคือ ทฤษฎีบิ๊กแบง
ทฤษฎีบิ๊กแบง กับปริศนามากมายที่ซ่อนอยู่
ทฤษฎีบิ๊กแบง เป็นทฤษฎีที่อธิบายถึงการระเบิดครั้งใหญ่ ที่ทำให้พลังงานส่วนหนึ่งเปลี่ยนเป็นเนื้อสาร มีวิวัฒนาการต่อเนื่องจนเกิดเป็นกาแล็กซี เนบิวลา ดาวฤกษ์ ระบบสุริยะ โลก ดวงจันทร์ มนุษย์ และสิ่งมีชีวิตต่างๆ ทฤษฎีนี้ได้รับการยอมรับมากขึ้น เนื่องจากมีปรากฏการณ์หลายอย่างที่สอดคล้อง หรือเป็นไปตามทฤษฎีบิกแบง เช่น การขยายตัวของเอกภพ อุณหภูมิพื้นหลัง หรือคลื่นไมโครเวฟที่ยังหลงเหลืออยู่
แนวคิดเรื่องทฤษฎีบิ๊กแบงถูกเสนอขึ้นครั้งแรกเมื่อปี 1927 โดย บาทหลวง ฌอร์ฌ เลอแม็ทร์ ที่เป็นทั้งนักดาราศาสตร์และศาสตราจารย์ชาวเบลเยียม จากความเชื่อที่ว่า เอกภพมีจุดเริ่มต้นจากจุดเพียงจุดเดียว จุดเล็กๆ ที่มีความหนาแน่นสูง หรือที่เรียกว่า อะตอมดึกดำบรรพ์ ก่อนจะเกิดการระเบิดและขยายตัวจนมีขนาดใหญ่อย่างเช่นในปัจจุบันนี้ ซึ่งจากความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ทฤษฎีบิ๊กแบงได้รับการยอมรับและการสนับสนุนจากหลักฐานทางวิทยาศาสตร์มากมาย
ต่อมามีงานวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับทฤษฎีบิ๊กแบงได้ระบุว่า ดาวฤกษ์ อาจมีลิเทียมมากกว่าที่เป็นอยู่ถึงสามเท่า โดยนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์อาจไม่เข้าใจทฤษฎีบิ๊กแบงค์อย่างถ่องแท้ หรือไม่เข้าใจวิธีการทำงานของดาวฤกษ์ทั้งหมด แต่ก็มีการตั้งคำถามเกี่ยวกับจักรวาลออกมาเป็นระยะ ซึ่งการค้นพบนี้ตีพิมพ์ในวารสาร Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ไม่ได้ส่งผลกระทบต่อแนวคิดพื้นฐานของทฤษฎีบิ๊กแบง คือจักรวาลถือกำเนิดขึ้นในสภาวะที่มีความร้อนและความหนาแน่นมหาศาล จากนั้นขยายตัวและวิวัฒนาการกลายเป็นจักรวาลของดาวฤกษ์และกาแลคซีที่เราเห็นอยู่ในปัจจุบัน
อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีบิ๊กแบง ยังมีความไม่สมบูรณ์ มีหลายจุดที่ไม่ตรงกับงานวิจัยในยุคต่อๆ มา บ่งบอกว่ายังมีปริศนามากมายที่ซ่อนอยู่ในอวกาศ โดยตามทฤษฎีคอสโมโลยีพื้นฐาน จักรวาลทำหน้าที่เป็นเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในช่วงเวลาไม่กี่นาทีแรกของการดำรงอยู่ สร้างธาตุทางเคมีที่เบาที่สุดสามชนิด คือ ไฮโดรเจน ฮีเลียม และลิเทียม ธาตุทุกชนิดที่หนักกว่าธาตุเหล่านี้ รวมถึง ออกซิเจน ไนโตรเจน คาร์บอน ซิลิคอน และอื่นๆ ถูกสร้างขึ้นภายในแกนกลางของดาวฤกษ์หรือในซูเปอร์โนวาที่ทรงพลัง
การศึกษาทฤษฎีบิ๊กแบงผ่านลิเทียมในดาวฤกษ์
ความหนาแน่นของลิเทียมในดาวฤกษ์นอกช้างเผือกคือประเด็นที่นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากสนใจ โดยเมื่อปี 2022 หอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์แห่งชาติ สังกัดสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน บว่าปริมาณลิเธียมของดาวทั้ง 9 ดวงนั้นสูงกว่าปริมาณลิเธียมของดวงอาทิตย์ประมาณ 3 เท่า นอกจากนั้นดาวฤกษ์ 7 จาก 9 ดวงนี้มีการหมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็ว บรรดานักดาราศาสตร์จึงสันนิษฐานว่าการรวมตัวของสสารรอบดาวอาจเป็นปัจจัยหลักในการสะสมลิเธียมของดาวฤกษ์
ในส่วนของกล้องโทรทรรศน์นี้ยังมีบทบาทช่วยนักวิทยาศาสตร์ค้นพบหลุมดำดาวฤกษ์หนักที่สุด และดาวยักษ์ที่อุดมด้วยลิเธียมมากที่สุดด้วย โดยคณะนักวิจัยเผยว่าจำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อยืนยันการค้นพบเหล่านี้ พร้อมเสริมว่าการใช้กล้องโทรทรรศน์ลามอสต์สำรวจท้องฟ้าจะนำไปสู่การค้นพบดาวฤกษ์ยังไม่วิวัฒนาการที่มีลิเธียมสูงมากเป็นพิเศษต่อไป
อนึ่ง ธาตุใดหนักกว่าไฮโดรเจนและฮีเลียม จะเรียกว่า โลหะ และ แร่ลิเทียม จัดอยู่ในหมู่โลหะที่เบาที่สุด เมื่อเร็วๆนี้ นักวิจัยจากสถาบันวิจัยฟิสิกส์ดาราศาสตร์คานารี ในสเปน และนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ในอังกฤษ เปิดเผยว่า สามารถตรวจจับแร่ลิเทียมในดาวฤกษ์ดั้งเดิมได้
ขณะที่ดาวฤกษ์ดังกล่าวถูกเรียกว่า J0023+0307 ทีมวิจัยกลุ่มนี้ได้ค้นพบเมื่อปีที่แล้ว ด้วยการใช้กล้อง โทรทรรศน์จีทีซีและกล้องโทรทรรศน์วิลเลียม เฮอร์เชล ซึ่งตั้งอยู่ในพื้นที่สังเกตการณ์ดาราศาสตร์ชื่อ Observatorio del Roque de los Muchachos ที่หมู่เกาะคานารี ของสเปน
ทีมวิจัยเปิดเผยว่าการค้นพบนี้จะช่วยให้ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับการสร้างนิวเคลียสของอะตอม ในทฤษฎีบิ๊กแบงอันเป็นสมมติฐานเกี่ยวกับการระเบิดครั้งใหญ่ ที่เชื่อว่านำมาซึ่งการกำเนิดเอกภพหรือจักรวาล โดยดาวฤกษ์โบราณ J0023 + 0307 มีความเป็นไปได้ที่จะมีแร่ลิเทียมดั้งเดิมและเกิดขึ้นในช่วงเกิดบิ๊กแบง ดาวดวงนี้คล้ายกับดวงอาทิตย์ของเราแต่มีปริมาณโลหะน้อยกว่า และบ่งชี้เป็นนัยว่านี่อาจเป็นดาวฤกษ์ที่ก่อตัวขึ้นในช่วง 300 ล้านปีแรกของจักรวาล ซึ่งลิเทียมที่สังเคราะห์ในช่วงบิ๊กแบงเป็นโลหะที่บอบบางมาก
ไอน์สไตน์กับจักรวาลที่เปลี่ยนแปลง
ทฤษฎีสัมพันธภาพพิเศษของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ที่ตีพิมพ์เมื่อร้อยปีที่แล้ว เผยให้เห็นว่า พลังงานและมวลเป็นสองด้านของเหรียญเดียวกัน เชื่อมโยงกันตลอดไปในสมการอันโด่งดังของเขา E = mc2 (E แทนพลังงาน m แทนมวล และ c แทนความเร็วแสง) โดยแนวคิดนี้สนับสนุนประเด็นมวลที่สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานบริสุทธิ์ได้ ซึ่งต่อมาช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจพลังงานอันยั่งยืนของดวงอาทิตย์ และยังเป็นต้นธารการสร้างอาวุธนิวเคลียร์ของ เจ. โรเบิร์ต ออฟเพนไฮเมอร์ ด้วย
ทว่า ไอน์สไตน์ ไม่ได้พอใจทฤษฎีสัมพันธภาพพิเศษของเขา เพราะไม่สามารถอธิบายการเคลื่อนที่ทุกประเภท อาทิ วัตถุที่อยู่ภายใต้อาณัติของแรงโน้มถ่วง ซึ่งเป็นแรงขนาดใหญ่ที่กำหนดรูปร่างของจักรวาลได้ โดยสิบปีต่อมาใน ค.ศ.1915 ไอน์สไตน์ ได้แก้ไขข้อบกพร่องนี้ด้วยทฤษฎีสัมพันธภาพทั่วไปของเขา และแก้ไขกฎของนิวตันโดยการนิยามแรงโน้มถ่วงใหม่
ทฤษฎีสัมพันธภาพทั่วไป ระบุว่า เวลาและอวกาศเชื่อมโยงกันในเนื้อผ้าสี่มิติที่ยืดหยุ่น ซึ่งโค้งงอและบุ๋มลงไปตามสสาร โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์เพราะมันติดอยู่ในหลุมเวลาที่แกะสลักโดยมวลของดวงอาทิตย์ คล้ายกับลูกแก้วกลิ้งไปรอบๆ ลูกโบว์ลิ่ง แรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วงเป็นเพียงสสารที่เลื่อนไหลไปตามความโค้งของกาลอวกาศ
ไอน์สไตน์ มีชื่อเสียงมากที่สุดในปี 1919 เมื่อนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษพิสูจน์ทฤษฎีสัมพันธภาพทั่วไปของเขาว่าเป็นเรื่องจริง โดยการติดตามปรากฏการณ์สุริยุปราคา เมื่อพวกเขาเห็นลำแสงโค้งไปรอบดวงอาทิตย์ที่มืดมิด แม้แต่ไอน์สไตน์เองก็พยายามพิสูจน์ว่า วัตถุเช่นนั้น (ซึ่งต่อมาได้รับการขนานนามว่า หลุมดำ) ไม่สามารถมีอยู่จริง จุดที่มีปริมาตรเป็นศูนย์และความหนาแน่นอนันต์ ซึ่งกฎของฟิสิกส์จะใช้ไม่ได้ ผลการค้นพบนี้บังคับให้เขายอมรับผลลัพธ์แปลกประหลาดของทฤษฎี มันเกิดขึ้นหลังจากเขาเสียชีวิตในปี 1955
หลุมดำมวลยิ่งยวด ณ ใจกลางกาแล็กซียุคแรก หรือ ควาซาร์ ดวงแรก ถูกค้นพบในปี 1963 โดยอยู่ในกาแล็กซียุคมืดอันห่างไกล แต่ปล่อยพลังงานมหาศาลเทียบเท่าดวงอาทิตย์เป็นล้านล้านดวงออกมาจากศูนย์กลาง นอกจากนั้น 4 ปีต่อมา ก็มีการค้นพบ ดาวพัลซาร์ (การรวมกันของ 2 คำ คือ pulsating และ star) คือดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัวเองด้วยความเร็วสูงมาก และแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาเป็นจังหวะ ) ดวงแรก
สัญญาณใหม่ในจักรวาลที่น่าพิศวงเหล่านี้ เชื่อกันว่าบ่งชี้ไปยังวัตถุที่ยุบตัวลงอย่างดาวนิวตรอนและหลุมดำ ซึ่งมีแรงโน้มถ่วงอันรุนแรง รวมทั้งการหมุนที่มหาศาล ทำให้พวกมันกลายเป็นแหล่งกำเนิดจักรวาลที่เต็มไปด้วยแหล่งพลังงานมหาศาล ซึ่งสามารถเข้าใจได้จากทฤษฎีสัมพันธภาพของ ไอน์สไตน์
ย้อนกลับไปในปี 1912 ไอน์สไตน์ ตระหนักว่า ดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างไกลสามารถทำหน้าที่เหมือนกล้องส่องทางขนาดยักษ์ แรงโน้มถ่วงของมันเบี่ยงเบนแสงที่ผ่านไป และขยายภาพของวัตถุที่อยู่เบื้องหลัง ในที่สุดเขาก็สรุปว่าผลกระทบเล็กๆ น้อยๆ นี้ ท้าทายขีดจำกัดความสามารถของนักดาราศาสตร์ในโลก
ด้วยกล้องโทรทรรศน์ในปัจจุบัน นักดาราศาสตร์กำลังเห็นกาแล็กซี่และกลุ่มกาแล็กซี่ทำหน้าที่เป็นเลนส์แรงโน้มถ่วงอันทรงพลัง ช่วยให้มองเห็นกาแล็กซี่ที่อยู่ไกลออกไป เนื่องจากการบิดเบี้ยวของแสง ขึ้นอยู่กับมวลของเลนส์ มันเป็นส่วนหนึ่งของสสารมืดอันลึกลับของจักรวาล ซึ่งคิดเป็นประมาณ 90%ของมวลทั้งหมด ที่ไม่สามารถพบได้ในดาวฤกษ์ ก๊าซ ดาวเคราะห์ หรือสสารรูปแบบอื่นที่รู้จัก
เชื่อกันว่า สสารมืด มีบทบาทในการกำหนดว่ากาแล็กซี่ก่อตัวขึ้นที่ใด เพราะสสารมืดเป็นโครงสร้างพื้นฐานที่ซ่อนอยู่ของจักรวาลและปรากฏการณ์เลนส์โน้มถ่วง โดยมีจักรวาลที่เปลี่ยนแปลงทุกระยะเป็นตัวแปรสำคัญที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกต้องทำงานหนักขึ้นในการค้นหาที่มาของเอกภพ รวมถึงความลับต่างๆ อีกมากมายในอวกาศอันดำมืด แม้ว่าเราจะมี ทฤษฎีบิ๊กแบง กับ ทฤษฎีสัมพันธภาพ อยู่แล้วก็ตาม
สืบค้นและเรียบเรียง สิทธิโชติ สุภาวรรณ์
ภาพจาก NASA, ESA. ACKNOWLEDGEMENT: JOSH LAKE
ข้อมูลอ้างอิง
อ่านเพิ่มเติม : ทฤษฎีบิ๊กแบง (Big Bang Theory) กำเนิดและวิวัฒนาการของเอกภพ
