บทที่ 5 เอกภพ

เอกภพ

เอกภพหรือจักรวาล (อังกฤษ: Universe) โดยทั่วไปนิยามว่าเป็นผลรวมของการดำรงอยู่ รวมทั้งดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ ดาราจักร สิ่งที่บรรจุอยู่ในอวกาศระหว่างดาราจักร และสสารและพลังงานทั้งหมด

การสังเกตเอกภพทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งเชื่อกันว่ามีเส้นผ่านศูนย์กลาง 93,000 ล้านปีแสง นำไปสู่อนุมานขั้นแรกเริ่มของเอกภพ การสังเกตเหล่านี้แนะว่า เอกภพถูกควบคุมด้วยกฎทางฟิสิกส์และค่าคงที่เดียวกันตลอดขนาดและประวัติ ศาสตร์ส่วนใหญ่ ทฤษฎีบิกแบงเป็น แบบจำลองจักรวาลวิทยาทั่วไปซึ่งอธิบายพัฒนาการแรกเริ่มของเอกภพ ซึ่งในจักรวาลวิทยากายภาพเชื่อว่าเกิดขึ้นเมื่อราว 13,700 ล้านปีก่อน

มีนักฟิสิกส์มากมายเชื่อสมมุติฐานเกี่ยวกับพหุภพ ซึ่งกล่าวไว้ว่าเอกภพอาจเป็นหนึ่งในภพจำนวนมากที่มีอยู่เช่นกัน ระยะทางไกลสุดที่เป็นไปได้ทางทฤษฎีแก่มนุษย์ที่จะมองเห็นอธิบายว่าเป็น เอกภพที่สังเกตได้ การสังเกตได้แสดงว่า เอกภพดูจะขยายตัวในอัตราเร่ง และมีหลายแบบจำลองเกิดขึ้นเพื่อพยากรณ์ชะตาสุดท้ายของเอกภพ

กำเนิดเอกภพ

          ทฤษฎีกำเนิดเอกภพ ที่ได้รับความเชื่อถือมาก ในหมู่นักดาราศาสตร์ คือ ทฤษฎีระเบิดใหญ่ หรือ Big Bang เป็นการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ จากพลังงานบางอย่าง สาดกระจายมวลสารทั้งหลาย ออกไปทุกทิศทาง แล้วเริ่มเย็นตัวลง จับกลุ่มเป็น ก้อนก๊าซ ขนาดใหญ่ จนยุบตัวลงเป็น กาแล็กซี และดาวฤกษ์ ได้ก่อรูปขึ้นมาใน กาแล็กซีเหล่านั้น ประมาณหนึ่งหมื่นล้านปี หลังจากการระเบิดใหญ่ ที่เกลียวของของ กาแล็กซีทางช้างเผือก ดวงอาทิตย์ โลก และดาวเคราะห์ดวงอื่น ได้ถือกำเนิดขึ้นเป็นระบบสุริยะ

เราอาจกล่าวได้ว่าการศึกษาเอกภพปัจจุบันนั้นมีต้นกำเนิดรากฐานมาจาก ทฤษฎีสัมพัทธภาพ ของ ไอน์สไตน์ ไอน์สไตน์เป็นผู้ที่ทำให้เกิดการศึกษาเกี่ยวกับเอกภพนั้นเป็นวิทยาศาสตร์ แทนที่จะเป็นเพียงความเชื่อหรือศาสนา ซึ่งก่อนหน้านั้นเรามักจะคิดเพียงว่าเอกภพเป็นสถานที่ให้ดาวและกาแลกซี่อยู่ ไม่ได้เป็นจุดสำคัญของการศึกษาค้นคว้า ในปี 1917 ไอน์สไตน์ได้ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพในการศึกษาเกี่ยวกับเอกภพ ที่จริงในปี 1917 เป็นเพียงปีเดียวให้หลังจากที่เขาประกาศทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขาเท่านั้น ซึ่งแสดงว่าเขาเริ่มสนใจการศึกษาเอกภพทันที่ที่ทฤษฎีของเขาเสร็จนั่นเอง เขาคงอยากรู้เกี่ยวกับเอกภพอย่างแรงกล้าอยู่แล้วและอาจกล่าวได้ว่า เพราะความอยากรู้เกี่ยวกับเอกภพจึงทำให้เขาสามารถค้นพบและสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพได้ ในตอนแรกๆ ไอน์สไตน์ได้ใช้ทฤษฎีของเขากับโมเดลเอกภพที่หยุดนิ่ง สม่ำเสมอ เหมือนกันทุกทิศทาง ซึ่งก็คือโมเดลของเอกภพปิด สม่ำเสมอและเหมือนกันทุกทิศทาง ซึ่งหมายความว่าถ้าดูในบริเวณแคบๆ ของเอกภพอาจจะมีโลก มีดาวเสาร์ ฯลฯ แต่เมื่อดูในวงกว้างขวางแล้ว ไม่ว่าจะมองไปทิศทางไหน เอกภพจะเหมือนกันทั้งหมด ไม่มีที่ไหนที่จะพิเศษกว่าที่อื่น ปัจจุบันเราเรียกความคิดนี้ว่า กฎของเอกภพ ซึ่งเป็นความคิดพื้นฐานอันหนึ่งในการศึกษาเอกภพในปัจจุบัน แล้วผลของการคำนวณปรากฏออกมาตรงกันข้ามกับที่คาดไว้ ไอน์สไตน์พบว่าตามโมเดลเอกภพที่ปิดนี้ เอกภพจะหดตัว แทนที่จะหยุดนิ่งอย่างที่คิดไว้ ซึ่งที่จริงแล้วนี่เป็นสิ่งที่พอคาดคะเนได้ เพราะทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์นั้น ที่จริงก็คือการขยายทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตัน ถ้าในเอกภพมีมวลสารอยู่อย่างสม่ำเสมอ มันจะดึงดูดซึ่งกันและกันเข้าหากัน ซึ่งก็คือเอกภพจะหดตัวนั่นเอง

        ปัจจุบันเอกภพประกอบด้วยกาแล็กซีจำนวนแสนล้านกาแล็กซีระหว่าง  กาแล็กซีเป็นอวกาศที่กว้างไกล เอกภพจึงมีขนาดใหญ่มาก โดยมีรัศมีไม่น้อยกว่า 13,700 – 15,000 ล้านปีแสง และมีอายุประมาณ 13,700 – 15,000 ล้าน  ปี ภายในกาแล็กซีประกอบด้วย ดาวฤกษ์ รวมทั้งแหล่งกำเนิดดาวฤกษ์ เรียกว่าเนบิวลา (Nebula)  ซึ่งโลกของเราเป็นดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ ซึ่งเป็นสมาชิกหนึ่งของกาแล็กซี

วิวัฒนาการของเอกภพ

       วิวัฒนาการของเอกภพจึงควรเริ่มมาจากปริมาตรที่เล็กมากๆแต่มีสสารอยู่อย่าง อัดแน่น จู่ๆ ก็มีการระเบิดออกอย่างรุนแรง ทำให้

ปริมาตรเล็กๆ นั้นขยายตัวออกมาเป็นเอกภพดังเช่นในปัจจุบัน มี ดังนี้

      ขณะเกิด Bigbang

>> มีสสารเกิดขึ้นในรูปของอนุภาคพื้นฐาน ชื่อ ควาร์ก ( Quark) อิเล็กตรอน ( Electron)  นิวทริโน และโฟตอน (Photon)

>> เมื่อเกิดอนุภาคก็มีการเกิดปฏิอนุภาค ที่มีประจุไฟฟ้าตรงข้าม ยกเว้น นิวทริโน และแอนตินิวทริโนไม่มีประจุไฟฟ้า

>> เมื่อปฏิภาคกับอนุภาครวมกันเนื้อสารเกิดเป็นพลังงาน

>> หากอนุภาคเท่ากับปฏิภาคพอดี รวมกันจะไม่เกิดกาแล็กซี ดาวฤกษ์ และระบบสุริยะ

หลังเกิด Bigbang เพียง 10 -6 วินาที

       >> อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็นสิบล้านล้านเควิน

       >> ควาร์กเกิดการรวมตัว กลายเป็นโปรตอน (นิวเคลียสของไฮโดรเจน) ซึ่งมี  ประจุไฟฟ้าบวก 1 หน่วยและนิวตรอนซึ่งเป็นกลาง

หลังเกิด Bigbang  3 นาที

          >> อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็นร้อยล้านเคลวิน

          >> ทำให้โปรตอนและนิวตรอนเกิดการรวมตัวเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม

          >> ในช่วงแรก ๆ ทำให้เอกภพขยายตัวเร็วมาก

หลังเกิด Bigbang 300,000 ปี

            >> อุณหภูมิลดลงเหลือ 10,000 เคลวิน นิวเคลียสของไฮโดรเจนและฮีเลียมดึงอิเล็กตรอนเข้ามาสู่วงโคจร เกิดเป็นอะตอมไฮโดรเจนและฮีเลียม

กาแล็กซีต่างๆเกิด Bigbang อย่างน้อย 1,000 ปี

        >> ภายในกาแล็กซีมีธาตุไฮโดรเจน และฮีเลียมเป็นสารเบื้องต้น

        >> ทำให้เกิดเป็นดาวฤกษ์รุ่นแรกๆ ส่วนธาตุที่มีนิวเคลียสใหญ่กว่าคาร์บอนเกิดจากดาวฤกษ์ขนาดใหญ่

ภาพแสดงบิ๊กแบงและวิวัฒนาการของเอกภพ

1. กาแล็กซีปกติ (regular galaxy) เป็นกาแล็กซีที่มีรูปแบบ แบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม ได้แก่

       1.1 กาแล็กซีรี (elliptical galaxy) มีรูปร่างแบบกลมรี ซึ่งบางกาแล็กซีอาจกลมมาก บางกาแล็กซีอาจรีมาก นักดาราศาสตร์ให้ความเห็นว่า กาแล็กซีประเภทนี้จะมีรูปแบบกลมรีมากน้อยเพียงใดนั้นขึ้นอยู่กับอัตราการหมุนของกาแล็กซี ถ้าหมุนเร็วกาแล็กซีจะมีรูปแบบยาวรีมาก

       1.2 กาแล็กซีกังหัน (spiral galaxy) มีรูปร่างคล้ายกังหัน อัตราการหมุนของกาแล็กซีกังหันนี้จะเร็วกว่าอัตราการหมุนของกาแล็กซีรี บางกาแล็กซีจะมีคาน เรียกว่า กาแล็กซีกังหันมีคาน (barred spiral galaxy) เช่น กาแล็กซีทางช้างเผือก

       1.3 กาแล็กซีลูกสะบ้า (lenticular galaxy) มีรูปร่างคล้ายเลนส์นูน

2. กาแล็กซีไร้รูปทรง (Irregular galaxy ) เป็นกาแล็กซีที่ไม่มีรูปร่างที่แน่นอน หรือเรียกว่า กาแล็กซีอสัณฐาน มักจะเป็นกาแล็กซีขนาดเล็ก

เอกภพปิด (Closed Universe) คือ เอกภพมีความหนาแน่นของมวลสารและพลังงานมากเพียงพอ จนแรงโน้มถ่วงสามารถเอาชนะแรงดันออกหลังจากการระเบิดครั้งใหญ่ได้ ในที่สุดเอกภพจะหดตัวกลับ และถึงจุดจบที่เรียกว่า บิ๊กครันช์ (Big Crunch)

เอกภพแบน (Flat Universe) คือ เอกภพมีความหนาแน่นของมวลสารและพลังงาน ในระดับที่ แรงโน้มถ่วง ได้ดุลกับแรงดันออกหลังจากการระเบิดครั้งใหญ่ ในที่สุดเอกภพจะขยายตัว แต่ด้วยอัตราที่ช้าลงเรื่อย ๆ

เอกภพเปิด (Open Universe) คือ เอกภพมีความหนาแน่นของมวลสารและพลังงาน ต่ำเกินไป ทำให้แรงโน้มถ่วง ไม่สามารถเอาชนะแรงดันออกหลังจากการระเบิดครั้งใหญ่ได้ เอกภพจะขยายตัวอย่างต่อเนื่องไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งอุณหภูมิของเอกภพเข้าใกล้ศูนย์องศาสัมบูรณ์ เมื่อถึงเวลานั้น จะไม่มีพลังงานหลงเหลืออยู่อีก อะตอมและโมเลกุลต่าง ๆ จะหยุดนิ่งไม่มีการเคลื่อนที่ใด ๆ เรียกว่า บิ๊กชิลล์ (Big Chill)

แม้ ปัจจุบันเรายังไม่อาจทราบได้ว่าเอกภพของเราจะมีลักษณะแบบใดในสามอย่างนี้ รวมถึงไม่อาจทราบด้วยว่า การเปลี่ยนแปลงของเอกภพ จะส่งผลกระทบเช่นไรต่อโลก แต่ทุกวันนี้ โลกก็ไม่ส่งสัญญาณเตือนกับเราด้วยภัยธรรมชาติต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นทั่วโลกแล้วว่า หากมนุษย์ไม่หันมาถนอมโลกให้มากขึ้น สักวันมนุษย์อาจต้องสูญพันธุ์เหมือนไดโนเสาร์เมื่อหลายล้านปีก่อน

<<<บทที่ 4 ธรณีประวัติ                                                                                  บทที่ 6 ดาวฤกษ์>>>