ทฤษฎีบิกแบง

ทฤษฎีบิกแบง

หลังจากได้มีการค้นพบกฎ การขยายตัวของเอกภพโดย เอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) ทำให้เกิดความคิด ทางของเวลากลับไปยังอดีตเอกภพก็ควร จะหดเล็กลง เรื่อยๆ จนกระทั่งอาจเหลือเพียงแค่ปริมาตรที่เล็กมากๆ ปริมาตรหนึ่งในความ ว่างเปล่า                                                               เป็นภาพแบบจำลองวิวัฒนาการของเอกภพโดยทฤษฎีบิ๊กแบง                        ถ้าเราลำดับทิศทางของ เวลาตั้งแต่เริ่มต้นจนถึงปัจจุบัน วิวัฒนาการของเอกภพจึงควรเริ่มมาจาก ปริมาตรที่เล็กมากๆ แต่มีสสารอยู่อย่างอัดแน่น จู่ๆ ก็มีการระเบิดออกอย่าง รุนแรง ทำให้ปริมาตรเล็กๆ นั้นขยายตัวออกมาเป็นเอกภพดังเช่นในปัจจุบัน  ทฤษฎีดังกล่าวจึงกำลังจะบอกเราว่าเอกภพควรจะมีจุดเริ่มต้นในอดีต กำลังวิวัฒนาการไปสู่อนาคตโดยการขยายตัวจากการระเบิดออก อย่างรุนแรง ซึ่งแนว คิดดังกล่าวต่างจากทฤษฎีแบบจำลองเอกภพแบบสถานะคงตัวโดยสิ้นเชิง ทฤษฎีบิ๊กแบงถูกเสนอ โดย จอร์จส เลอแมท์ร (Georges Lemaitre) เมื่อปีพ.ศ.2470 (ค.ศ.1927) ต่อมา ทฤษฎีดังกล่าวถูกพัฒนาโดย จอร์จ กามอฟ ( George Gamow) และนักคิดอีกหลาย ท่าน โดยกล่าวว่าในช่วงเริ่มต้นของเอกภพ สสารทุกอย่างจะอยู่รวมตัวกันอย่าง หนาแน่นมากๆ จนความหนาแน่นของเอกภพมีค่าเป็นอนันต์ ในปริมาตรที่เล็ก มากๆ ปริมาตรหนึ่ง เรียกว่า ซิงกูลาริตี้ (singularity)                    ในบริเวณซิงกูลาริตี้ นั้นมีพลังงานสูงมากจนมีอุณหภูมิมหาศาล กฎเกณฑ์ต่างๆทางฟิสิกส์ ที่ใช้ อธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ  ไม่สามารถ อธิบายเอกภพในช่วงนั้นได้ รามไปถึงเวลาที่ ถูกกำหนดเป็นศูนย์ ทันทีทันใดนั้นการระเบิดอย่างรุนแรงของซิงกูลาริตี้  ทำ ให้สสารที่รวมอยู่ในปริมาตรเล็กๆ นั้นเกิดการกระจายตัวออก และเริ่มต้นนับ เวลาตั้งแต่การระเบิดสิ้นสุดลง ภายหลังจากการระเบิด ครั้งใหญ่ของเอกภพ การกระจายตัวออกของสสารจะทำให้ความหนาแน่น และอุณหภูมิมี ค่าต่ำลงเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป ภาพของเอกภพในช่วงแรก เริ่ม (Early universe) จึงสามารถแบ่งได้ตามเวลาที่เริ่มนับตั้งแต่เกิดบิ๊ก แบงไปเรื่อยๆ โดยสถานะของสสารในช่วงเวลาผ่านไปประมาณ 10-43 วินาที (เท่ากับ 0.0000000000000000000000000000000000000000001 วินาที) เอกภพร้อนจัดและมีความหนาแน่นสูงมาก                      ต่อมาเอกภพได้เกิดการ พองตัวออกอย่างรวดเร็ว (inflation) การพองตัวออกนี้เป็นสาเหตสำคัญที่ทำให้  เอกภพที่เราเห็นในปัจจุบันมีความใหญ่โตมโหฬาร และดูเหมือนว่า จะมี ความหนา แน่นพอ ๆ กันในทุก ๆ ตำแหน่ง (homogeneous)  และทุก ๆ ทิศ ทาง (isotropic) ซึ่งทำให้เอกภพตามแบบจำลองทฤษฎีบิ๊กแบงมีความสอดคล้องกับ หลักสองข้อของเอกภพ  ภายหลังจากการพองตัว เอกภพยังคงร้อนจัดและมีความหนาแน่น สูงอยู่ ดังนั้นสถานะของสสารขณะนั้นจึงอยู่ในรูปของ "พลาสมา" (plasma) ซึ่ง เป็นสถานะที่สสารมีพลังงานสูงมาก มีการแผ่รังสีอย่างหนาแน่น จึงเรียกเอกภพ  ลักษณะดังกล่าวว่า ยุคแห่งการแผ่รังสีของเอกภพ (Radiation Era)                    ยุคแห่งการแผ่รังสีจะเริ่มต้นตั้งแต่ที่เอกภพพองตัวออกอย่างรวดเร็วไปจนกระทั่งเมื่อเวลาผ่านไปประมาณ 10-12 วินาที  จึงเริ่มต้นเกิดอนุภาควิ่งพล่านไปทั่วเอกภพ โดยเอกภพในขณะนั้นจะมีอุณหภูมิประมาณ 1015 เคลวิน เรียกเอกภพใน ลักษณะดังกล่าวว่าอยู่ในยุคแห่งอนุภาค (Particle Era) หลัง จากนั้นควากซ์แต่ละชนิดจะประกอบกันกลายเป็นโปรตอน นิวตรอน  ในช่วงระยะ เวลา 3 นาทีแรกหลังจากบิ๊กแบง แต่กว่าที่อุณหภูมิจะลดต่ำลงจนพอเหมาะที่จะทำ ให้ โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนฟอร์มตัวกลายเป็นอะตอม ในครั้งแรกจะต้อง ใช้เวลาถึงประมาณ 300,000 ปี โดยอุณหภูมิขณะนั้นลดลงมาอยู่ที่ ประมาณ 4000 เคลวิน เอกภพในช่วงเวลาดังกล่าวจะมีความโปร่งมากขึ้น                    เนื่องจากการเกิดอะตอม ทำให้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกดูดกลืนได้น้อยและกว่าที่อะตอมทั้งหลายจะฟอร์ม  ตัวเป็นกาแลกซี่จำเป็นต้องใช้เวลาไปอีกหนึ่งพันล้านปี กาแลกซี่แรกที่เกิด ขึ้นมาประกอบขึ้นมาจากกลุ่มก๊าซไฮโดรเจนรวมตัวกันเป็นดาวฤกษ์ขนาดมหึมาหลาย ล้านดวง จากนั้นธาตุที่หนักกว่าไฮโดรเจนจึงกำเนิดขึ้นมาอีกทีภายหลังจากผ่าน  ช่วงวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ไปแล้ว และกลายมาเป็นเอกภพที่กำลังขยายตัวอยู่ใน ปัจจุบัน ซึ่งถ้านับเวลาตั้งแต่เพิ่งเริ่มเกิดบิ๊กแบง จนถึงตอนนี้ พบว่าใช้ เวลาถึง 15-20 พันล้านปี ในขณะที่มนุษย์ชาติเพิ่มเริ่มเกิดเมื่อ ประมาณ 50,000 ปีที่แล้วเท่านั้น                   ยุคที่มนุษย์อาศัยอยู่ นี้ เป็นช่วงเวลาแค่เพียงเสี้ยวเล็กๆ แห่งมหกรรมการกำเนิดเอกภพ ในช่วงชีวิต ของมนุษยชาตินั้นอยู่บนเอกภพที่กำลังวิวัฒนาการในยุคแห่งดวง ดาว (Stelliferous Era) ซึ่งเป็นยุคที่วิวัฒนาการต่อมาจากยุคแห่งอนุภาค ดาวฤกษ์ทั้งหลาย ถือกำเนิดมาจากกลุ่มก๊าซ มีการฟอร์มตัวกันเป็นกาแลกซี่ โดยกา แลกซี่ในช่วงแรกๆ ยังคงหมุนเร็วและประกอบด้วย ดาวฤกษ์สีน้ำเงินร้อน จัด ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจในช่วงนั้นคือกาแลกซี่ทั้งหลายยังคงอยู่รวมกันเป็น กระจุกกาแลกซี่ และมีการชนกันระหว่างกาแลกซี่เกิดขึ้นสม่ำเสมอ หลังจากนั้น กาแลกซี่ต่างก็วิ่งห่างออกจากกันเนื่องจากการขยายตัวของเอกภพ                ดาวที่เกิดขึ้นในรุ่น แรกเมื่อหมดอายุขัยต่างก็วิวัฒนาการกลายเป็นซากดาวและกลุ่มก๊าซ รอคอยให้ดาว รุ่นที่สองและ รุ่นถัดมาวิวัฒนาการเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป ดาวฤกษ์สีน้ำเงิน ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่มีพลังงานสูงจะค่อยๆ มีจำนวนลดลง  จำนวนของดาวฤกษ์สีแดง ที่มีพลังงานต่ำจะยิ่งมีมากขึ้น คาดว่าความหนาแน่นของกลุ่มก๊าซที่ก่อกำเนิด เป็นดาวฤกษ์จะลดลงเรื่อยๆ เนื่องจากการขยายตัวของเอกภพจะทำให้อนุภาค ต่างๆ ยิ่งห่างออกจากกัน จนไม่สามารถยุบตัวเป็นดาวฤกษ์ได้อีก  ยุคแห่งดวง ดาวจะสิ้นสุดลงเมื่อเอกภพมีอายุราว 1014  ปี                อย่างไรก็ตามภายหลังจาก ที่ยุคแห่งดวงดาวสิ้นสุดลงแล้ว ถ้าหากเอกภพยังจะขยายตัวต่อไป เรื่อยๆ อีก (หรือเรียกว่า "เอกภพเปิด" : ดูรายละเอียดในเรื่อง "การขยายตัว ของเอกภพ") นักดาราศาสตร์คาดว่าหลังจากนั้นเอกภพจะเข้าสู่ยุค มืด (Dark Era)  เนื่องจากความหนาแน่นของกลุ่มก๊าซจะน้อยมากและอุณหภูมิกำลัง เข้าใกล้อุณหภูมิศูนย์องศาสัมบูรณ์ ซึ่งตามทฤษฎีทางฟิสิกส์เชื่อว่า สสารจะ ไม่เกิดพลังงานจลน์เลย กลายเป็นยุคที่หนาวเย็นและไม่มีจุดจบ เรียกว่า "บิ๊ก ชิลล์" (Big Chill)                แต่ถ้าในกรณีที่เอกภพ เกิดหยุดขยายตัวและเริ่มหดตัวลงเนื่องจากแรงจากการระเบิดครั้งใหญ่ในทฤษฎี บิ๊กแบงไม่สามารถ เอาชนะแรงโน้มถ่วงที่ดึงดูดกาแลกซี่ต่างๆ ให้เข้ามารวมกัน แล้ว เอกภพก็จะหดตัวลงเช่นลูกโป่งที่ปล่อยลมออก (หรือเรียกว่า "เอกภพ ปิด" : ดูรายละเอียดในเรื่อง "การขยายตัวของเอกภพ") นักดาราศาสตร์ก็คาดว่า เอกภพจะมีแนวโน้มยุบตัวรวมกัน หรือเรียกว่า "บิ๊กครั๊นช์" (Big Crunch)               แม้เอกภพจะดูเป็นเรื่อง ใหญ่และไกลตัวเราเกินไป แต่ความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีใน ปัจจุบัน ทำให้สามารถเก็บข้อมูลในทางดาราศาสตร์ได้ดียิ่งขึ้น โดยข้อมูลดัง กล่าวมีแนวโน้มจะสนับสนุนแบบจำลองของเอกภพตามทฤษฎีบิ๊กแบง  หนึ่งในข้อมูลดัง กล่าวเช่น การสังเกตการณ์พบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงคลื่นไมโครเวฟทั่วทุก ทิศทาง หรือเรียกว่าคลื่นไมโครเวฟพื้น หลัง (Cosmic-microwave background radiation : CBR) ซึ่งเป็นข้อมูลที่ยืน ยันว่าทฤษฎีบิ๊กแบงน่าจะเป็นแบบจำลองเอกภพที่ถูกต้อง ว่า                เอกภพที่กำลังขยายตัวอยู่ในปัจจุบันจะมีลักษณะเป็นเช่นไรในอดีต แนวคิดที่ สอดคล้องกับสามัญสำนึกของเราคือ  เอกภพมีการขยายตัวเมื่อทิศทางของเวลาเดินไป ข้างหน้า ดังนั้นถ้าเราย้อนทิศ   ขอบคุณ http://www.tlcthai.com/education/knowledge-online/content-edu/16697.html