กำเนิดเอกภพ

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

บิกแบงต้นตอ

บิกแบง (อังกฤษ: Big Bang หรือ the Big Bang หมายถึง การระเบิดครั้งใหญ่) คือ แบบจำลองของการกำเนิดและการวิวัฒนาการของเอกภพในวิชาจักรวาลวิทยาซึ่งได้รับการสนับสนุนจากหลักฐานทางวิทยาศาสตร์และจากการสังเกตการณ์ที่แตกต่างกันจำนวนมาก นักวิทยาศาสตร์โดยทั่วไปใช้คำนี้สำหรับกล่าวถึงแนวคิดการขยายตัวของเอกภพหลังจากสภาวะแรกเริ่มที่ทั้งร้อนและหนาแน่นอย่างมากในช่วงเวลาจำกัดระยะหนึ่งในอดีต และยังคงดำเนินการขยายตัวอยู่จนถึงในปัจจุบัน

จอร์จ เลอแมตร์ นักวิทยาศาสตร์และพระโรมันคาทอลิก เป็นผู้เสนอแนวคิดการกำเนิดของเอกภพ ซึ่งต่อมารู้จักกันในชื่อ ทฤษฎีบิกแบง ในเบื้องแรกเขาเรียกทฤษฎีนี้ว่า สมมติฐานเกี่ยวกับอะตอมแรกเริ่ม (hypothesis of the primeval atom) อเล็กซานเดอร์ ฟรีดแมน ทำการคำนวณแบบจำลองโดยมีกรอบการพิจารณาอยู่บนพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์

ต่อมาในปี ค.ศ. 1929 เอ็ดวิน ฮับเบิลค้นพบว่า ระยะห่างของดาราจักรมีสัดส่วนที่เปลี่ยนแปลงสัมพันธ์กับการเคลื่อนไปทางแดง การสังเกตการณ์นี้บ่งชี้ว่า ดาราจักรและกระจุกดาวอันห่างไกลกำลังเคลื่อนที่ออกจากจุดสังเกต ซึ่งหมายความว่าเอกภพกำลังขยายตัว ยิ่งตำแหน่งดาราจักรไกลยิ่งขึ้น ความเร็วปรากฏก็ยิ่งเพิ่มมากขึ้น หากเอกภพในปัจจุบันกำลังขยายตัว แสดงว่าก่อนหน้านี้ เอกภพย่อมมีขนาดเล็กกว่า หนาแน่นกว่า และร้อนกว่าที่เป็นอยู่ แนวคิดนี้มีการพิจารณาอย่างละเอียดย้อนไปจนถึงระดับความหนาแน่นและอุณหภูมิที่จุดสูงสุด และผลสรุปที่ได้ก็สอดคล้องอย่างยิ่งกับผลจากการสังเกตการณ์ ทว่าการเพิ่มของอัตราเร่งมีข้อจำกัดในการตรวจสอบสภาวะพลังงานที่สูงขนาดนั้น หากไม่มีข้อมูลอื่นที่ช่วยยืนยันสภาวะเริ่มต้นชั่วขณะก่อนการระเบิด ลำพังทฤษฎีบิกแบงก็ยังไม่สามารถใช้อธิบายสภาวะเริ่มต้นได้ มันเพียงอธิบายกระบวนการเปลี่ยนแปลงของเอกภพที่เกิดขึ้นหลังจากสภาวะเริ่มต้นเท่านั้น

เอ็ดวิน ฮับเบิลพิมพ์แผนภาพที่มีชื่อเสียง แสดงดาราจักรเกือบทั้งหมดเคลื่อนที่ห่างจากดาราจักรของเรา ด้วยความเร็วถอยห่าง เป็นสัดส่วนกับระยะทางปัจจุบัน หรือดาราจักรไกลกว่าก็เคลื่อนที่เร็วกว่าดาราจักรใกล้ๆ แม้แต่ฮับเบิลเองตอนแรกก็ปฏิเสธความคิดเช่นนี้ ข้อมูลเหล่านี้บอกว่า เอกภพทั้งหมดกำลังขยายตัวจากการยืดของอวกาศระหว่างดาราจักร เมื่อเอกภพขยายตัว มันหนาแน่นน้อยลงและเย็นตัวมากขึ้น การมองย้อนกลับไปในอดีตสรุปได้ว่าเอกภพมีการเริ่มต้นแน่นอน ตอนนั้นมันอยู่ในสภาวะที่ถูกบีบอัดและร้อนมาก จากจุดเริ่มต้นหนาแน่น มีการบวมตัวที่รู้จักในสภาพบิกแบง (Big Bang)

คำว่า “บิกแบง” ที่จริงเป็นคำล้อเลียนที่เกิดจากนักดาราศาสตร์ชื่อ เฟรด ฮอยล์ จากการออกอากาศทางวิทยุครั้งหนึ่งในปี ค.ศ. 1949 ซึ่งเขาดูหมิ่นและตั้งใจจะทำลายความน่าเชื่อถือของทฤษฎีที่เขาเห็นว่าไม่มีทางเป็นจริง ในเวลาต่อมา ฮอยล์ได้ช่วยศึกษาผลกระทบของนิวเคลียร์ในการก่อเกิดธาตุมวลหนักที่ได้จากธาตุซึ่งมีมวลน้อยกว่า อย่างไรก็ดี การค้นพบรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลในปี ค.ศ. 1964 ยิ่งทำให้นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ไม่สามารถปฏิเสธทฤษฎีบิกแบงได้

เอกภพขยายตัวยังไม่มีนิยามของจุดเริ่มต้นดีพอ มีแต่การขยายตัวตลอดเวลา ความหนาแน่นเฉลี่ยยังคงเหมือนเดิม เพราะมีการสร้างมวลต่อเนื่อง เฟรด ฮอยล์ , เฮอร์แมนน์ บอนดิ และ ทอมัส โกลด์ เสนอทฤษฎีสภาวะคงที่(steady – state theory)ในค.ศ.1948 แม้มีความสุนทรีในสายตานักดาราศาสตร์บางคน แต่ทฤษฎีสภาวะคงที่ก็ไม่ได้รับการสนับสนุนอย่างเดียวกับเอกภพบิกแบง ในค.ศ. 1965 อาร์โน เพนเซียส์ และโรเบิร์ต วิลสัน ล้มทฤษฎีสภาวะคงที่จากการค้นพบรังสีฉากหลังไมโครเวฟคอสมิค(CMB: cosmic microwave backgroud) ที่เป็นรังสีเรืองจางหลงเหลือจากอดีตร้อนไกล ทฤษฎีสภาวะคงที่ไม่มีเหตุผลอธิบายรังสีแบบนี้ แต่แบบจำลองบิกแบงอธิบายได้ ยิ่งกว่านั้น ทฤษฎีสภาวะคงที่ไม่สามารถอธิบายจำนวนไฮโดรเจนธรรมดา(โปรตอน) ไฮโดรเจนหนัก(ดิวเธอเรียม) ฮีเลียม และลิเธียม ในก้อนกาซระหว่างดาราจักร ที่ไม่ได้รับผลใดๆจากขบวนการวิวัฒนาการในดาว ภายในไม่กี่นาทีแรกหลังบิกแบง ความหนาแน่นและอุณหภูมิของเอกภพ เป็นตัวทำให้เกิดธาตุเบาในก้อนกาซเริ่มแรก ที่สอดคล้องกับที่วัดในก้อนกาซดั้งเดิมเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์เกือบทั้งหมดเชื่อแล้วว่า ทฤษฎีสภาวะคงที่ไม่ถูกต้อง