โลกและดาราศาสตร์: เรื่อง กำเนิดเอกภพ โดย น.ส.ศรีสกุล จรรยาลิขิต ชั้น ม.5/8 เลขที่ 21

กำเนิดเอกภพ

กำเนิดเอกภพเป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ในหลายยุคหลายสมัยพยายามค้นหาคำตอบและตั้งทฤษฎีเพื่อศึกษาและค้นหาความจริงของเอกภพ โดยในปัจจุบันได้มีการเสนอทฤษฎีกำเนิดของเอกภพที่เป็นที่ยอมรับอยู่ทั้งหมด 4 ทฤษฎี ได้แก่

1)ทฤษฎีการระเบิดครั้งใหญ่่ (The Big Bang Theory )

ทฤษฎีการระเบิดครั้งใหญ่นี้ใช้ทฤษฎีจำนวนมากของนักวิยาศาสตร์ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 เช่น ทฤษฎีสัมพันธภาพของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ กฎของฮับเบิล ทฤษฎีการระเบิดของอะตอมแรกเริ่มของจอร์จ เลอแมตร์ เป็นต้น ซึ่งในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ยังคงเชื่อว่าทฤษฎีการระเบิดครั้งใหญ่นี้เป็นทฤษฎีที่ถูกต้องแลน่าเชื่อถือที่สุด
ตามทฤษฎีนี้ เอกภพของเรามีจุดเริ่มต้นจากการระเบิดครั้งใหญ่ เมื่อประมาณ 15,000 ล้านปีมาเเล้ว กลุ่มมวลสารที่เกิดจากการระเบิดครั้งรุนเเรงถูกเหวี่ยงตัวออกไปแล้วรวมตัวเป็นกลุ่มดาว เรียกว่า กาแล็กซี จากการระเบิดในครั้งนั้น ทำให้กาแล็กซี ยังคงเคลื่อนที่ออกไปอยู่ตลอดเวลา เมื่อเอกภพมีอายุมากขึ้นสสารในกาแล็กซี ก็จะมีน้อยลงไป การขยายตัวของเอกภพ คงดำเนิน เรื่อยไปไม่มีสิ้นสุด

ภาพแสดงถึงยุคต่างๆของเอกภพตามทฤษฎีการระเบิดครั้งใหญ่(The Big bang Theory)

ข้อสังเกตที่สนับสนุนทฤษฎีการระเบิดครั้งใหญ่ คือ ปรากฏการณ์อย่างน้อย 2 อย่าง ได้แก่

· การขยายตัวของเอกภพ ฮับเบิล นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันค้นพบว่า กาแล็กซีเคลื่อนที่ไกลออกไปด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นตามระยะห่าง กาแล็กซีที่อยู่ไกลยิ่งเคลื่อนที่ห่างออกไปเร็วกว่ากาแล็กซีที่อยู่ใกล้ นั่นคือ เอกภพกำลังขยายตัว จากความเข้าใจในเรื่องนี้ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถคำนวณอายุของเอกภพได้

· อุณหภูมิพื้นหลังอวกาศซึ่งปัจจุบันลดลงเหลือ 2.73 เคลวิน การค้นพบอุณหภูมิของเอกภพในปัจจุบัน หรืออุณหภูมิพื้นหลัง เป็นการค้นพบโดยบังเอิญโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกา 2 คน คือ อาร์โน เพนเซียส และ โรเบิร์ต วิลสัน แห่งห้องปฏิบัติการเบลเทเลโฟน เมื่อปีพ.ศ.2508 ขณะนักวิทยาศาสตร์ทั้งสองคน กำลังทดสอบระบบเครื่องรับสัญญาณของกล้อง โทรทรรศน์วิทยุ ปรากฏว่ามีสัญญาณรบกวนตลอดเวลา ไม่ว่าจะเป็นกลางวันหรือกลางคืน หรือฤดูต่างๆ แม้เปลี่ยนทิศทาง แม้จะทำความสะอาดสายอากาศแล้วก็ยังมีสัญญาณรบกวนอยู่เช่นเดิม ต่อมาทราบภายหลังว่าเป็นสัญญาณที่เหลืออยู่ในอวกาศเทียบได้กับพลังงานของการแผ่รังสีของวัตถุดำ ที่มีอุณหภูมิประมาณ 2.73 เคลวิน หรือประมาณ – 270 องศาเซลเซียส

ภาพแสดงการดำเนินไปของการระเบิดครั้งใหญ่(Big bang)

2) ทฤษฎีการออสซิลเวลของเอกภพ (The Oscillating Universe Theory)

ทฤษฎีนี้เป็นทฤษฎีดัดแปลงไปจากทฤษฎีการระเบิดครั้งใหญ่ ทฤษฎีนี้กล่าวว่า การขยายตัวของเอกภพนั้นกาแลกซีที่กำลังวิ่งหนีเราออกไปด้วยความเร็วสูงอย่างที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน ก็จะมีความเร็วช้าลง และหยุดการเคลื่อนที่ในที่สุด หลังจากนั้นกาแล็กซีก็จะกลับมายังจุดเริ่มต้นทำให้การระเบิดครั้งใหญ่ขึ้นมาอีกครั้งหนึ่ง ดังนั้นเอกภพจึงมีวัฏจักรของการเกิดเอกภพที่มีความแตกต่างกันไป

3) ทฤษฎีสภาวะคงที่ (The Steady State Theory)

เป็นทฤษฎีที่ตั้งขึ้นมาโดยคณะนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ 3 คน คือ เฟรด ฮอย์ล (Fred Hoyle) เฮอร์แมน บอนได (Herman Bondi) และโธมัส โกลด์ (Thomas Gold) เมื่อ ค.ศ.1948 ทฤษฎีนี้กล่าวว่า เอกภพมิได้เกิดมาในขณะใดขณะหนึ่ง และเอกภพก็ไม่มีวันจุดอวสานตามทฤษฎีนี้เมื่อเอกภพขยายตัวออกไปก็จะมีสสารใหม่ถูกสร้างขึ้นมาแทนที่ในอวกาศในบริเวณที่กาแล็กซีเคลื่อนตัวออกไป ดังนั้นปรากฏการณ์ของ เอกภพจึงมีอยู่อย่างคงที่ตลอดไป

4) เอกภพเกิดจากหลุมดำ
แนวคิดของทฤษฎีดังกล่าวคือสสารและพลังงานหล่นเข้าไปในหลุมดำแล้วออกไปยัง "
หลุมขาว(white hole) ของเอกภพอื่น ซึ่งสถานการณ์ดังกล่าวนั้นเรียกหลุมดำและหลุมขาวว่า

"สะพานไอน์สไตน์-โรเสน" (Einstein-Rosen bridge) หรือที่รู้จักกันทั่วไปว่า "รูหนอน" (wormhole)

ภาพแสดงรูหนอน(wormhole)

"เอกภพของเรา อาจจะก่อตัวเองขึ้นในหลุมดำซึ่งอยูภายในอีกเอกภพหนึ่ง"

นิโกเดม พอพลาว์สกี (Nikodem Poplawski) นักฟิสิกส์ทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยอินเดียนา (Indiana University) สหรัฐฯ ซึ่งศึกษาเรื่องดังกล่าว และคาดคะเนว่า เมื่อหลุมดำก่อตัวในช่วงการยุบตัวของดาวที่กำลังตาย เอกภพได้กำเนิดขึ้นในเวลาเดียวกันนั้นจากหลุมขาว ซึ่งอยู่อีกด้านของรูหนอน

“จากอีกด้านหนึ่งย่อมไม่เห็นว่าเอกภพของเราขยายตัว โดยเฉพาะหลุมดำใน "ด้านใน" นั้นดูใหญ่กว่าเมื่อมองจากด้านนอก หากมีใครรอดชีวิตจากการท่องเข้าไปในหลุมดำและโผล่ออกไปอีกเอกภพหนึ่ง มันจะเป็นการเดินทางแบบไปไม่กลับ เนื่องจากขอบฟ้าเหตุการณ์ (event horizon) ของหลุมดำเป็นขอบเขตที่ไม่มีอะไรเล็ดลอดออกมาได้"

ในทางทฤษฎีหลุมดำสูญเสียมวลตามทฤษฎี "การแผ่รังสีฮอว์กิง" (Hawking radiation) ซึ่งมีอนุภาคปรากฏออกมาจากสุญญากาศที่อยู่ติดกับขอบฟ้าเหตุการณ์ ทั้งนี้ คาดว่าหลุมดำที่สูญเสียมวลมากกว่าที่ได้รับมานั้น จะหดเล็กลงและหายไปในที่สุด แต่พอพลาว์สกีอธิบายว่าไม่ได้หมายความว่าเอกภพใดๆ นั้นจะไม่มีอยู่ต่อไป แต่เราเพียงจะถูกตัดขาดจากเอกภพอื่น

หากเอกภพของเราเกิดจากหลุมดำในเอกภพอื่น จึงเป็นไปไม่ได้ที่เอกภพของเราจะข้ามขอบฟ้าออกไปเห็นอีกเอกภพหนึ่ง ดังนั้นจึงไม่มีใครที่จะพิสูจน์ได้ว่าแนวคิดนี้ถูกต้องหรือแนวคิดนี้ผิด ดังนั้นเราจะพิสูจน์แนวคิดนี้ได้อย่างไร? พอพลาว์สกีเสนอคำตอบว่า เอกภพของเรานั้นเป็นเอกภพแบบปิด

จักรวาลวิทยานั้น มีแบบจำลองสำหรับเอกภพออกเป็น 3 แบบ คือ เอกภพเป็นแบบปิด (closed หรือ Elliptical space) เอกภพเป็นแบบเปิด (open หรือ Hyperbolic space) และเอกภพแบบแบน (flat หรือ Euclidian space)

ภาพแสดงแบบจำลองของเอกภพ

หากเอกภพเราเป็นแบบปิด และมีใครอยากผจญภัยไปยังขอบเอกภพของเรา คนๆนั้นจะวนกลับมายังจุดเริ่มต้นอีกครั้ง ซึ่งเหมือนกับการเดินไปตามพิ้นผิวโลก หากเราเดินจากทิศตะวันออก เราจะกลับมายังจุดเดิมจากทิศตะวันตก แต่หากเอกภพแบนก็ไม่มีทางกลับมายังจุดเดิมได้ เช่นเดียวกับกรณีเอกภพเป็นแบบเปิด ซึ่งเราจะเดินทางไปยังขอบเอกภพอย่างไม่มีจุดจบ ยกเว้นหากเอกภพแบบเปิดนั้นโค้งงอ

ทั้งนี้หมายความว่า หากยิงลำแสงขนาน 2 ลำขึ้นไปบนอวกาศแล้ว ในกรณีที่เอกภพแบน ลำแสงนั้นจะยังขนานกันต่อไป แต่หากเป็นเอกภพแบบเปิด ลำแสงทั้งจะยิ่งห่างไกลกันออกไปอีก และหากเอกภพเราอยู่ภายในเอกภพอื่น พอพลาว์สกีกล่าวว่า เอกภพเราต้องเป็นแบบปิด