สำเนาของ โลกและอวกาศ (5)

UNIVERSE กําเนิดเอกภพ

สมุดเล่มเล็กนเี ปนสว่ นหนงึ ของวทิ ยาศาสตร์ โลกและ อวกาศ ทีจดั ทําเล่มนขี นึ มาก็เพราะต้องการ ใหผ้ อู้ ่านไดใ้ ชเ้ วลาวา่ งใหเ้ กิดประโยชนแ์ ละมคี วามรู้ ความเขา้ ใจเกียวกับเรอื งของเอกภพมากยงิ ขนึ ผจู้ ดั ทําหวงั เปนอยา่ งยงิ วา่ ผอู้ ่านจะไดร้ บั ประโยชนเ์ ปนอยา่ งยงิ นายยศพล แสงอินทร์ ผจู้ ดั ทํา

เรอื ง หน้า ความหมายของเอกภพ 1 ทฤษฎีบกิ แบง 3 ววิ ฒั นาการเอกภพ 5 หลักฐานทีสนบั สนนุ ทฤษฎีบกิ แบง 7

ความหมายของ เอกภพ เอกภพ (universe) คือ หว้ งอวกาศอันกวา้ งใหญ่ ไพศาล ซงึ ประกอบดว้ ยกาแล็กซที ีมดี วงดาวอยู่ รวมกันนบั แสนล้านดวง เนบวิ ลา หลมุ ดาํ รวมถึง ทีวา่ งระหวา่ งดวงดาว เอกภพมคี วามหมายตรงตัววา่ โลกทีเปนหนงึ เดยี ว นนั หมายถึง ทกุ สงิ ทกุ อยา่ ง ในธรรมชาติล้วนเปนหนงึ เดยี วกันหรอื มตี ้นกําเนดิ จากสงิ เดยี วกันนนั เอง เอกภพเกิดขนึ ไดอ้ ยา่ งไรนนั ยงั ไมม่ คี ําตอบทีแนช่ ดั แต่นกั วทิ ยาศาสตรส์ ว่ นใหญ่ เชอื วา่ เอกภพเกิดขนึ จากการขยายตัวของจุดเล็ก ๆ ทีมคี วามรอ้ นและความหนาแนน่ สงู เมอื ประมาณ 13,700 ล้านปก่อน 1

แนวคดิ สําคญั เอกภพ คอื อวกาศอันกว้างใหญ่ ทปี ระกอบด้วย ทกุ สรรพสิงในธรรมชาติ เกดิ จากการขยายตวั อย่าง รวดเรว็ ตามทฤษฎบี กิ แบง เมือประมาณ 13,700 ล้านป กอ่ น โดยมีหลักฐานทสี ําคญั สนบั สนนุ 2 ประการ ได้แก่ การขยายตวั ของเอกภพและการค้นพบรงั สีไมโครเวฟ พืนหลัง 2

ทฤษฎบี ิกแบง Georges Lemaitre เสนอโดย ฌอรณ์ เลอเมตร์ (Georges Lemaitre) นกั ดาราศาสตร์ ชาวเบลเยยี ม เมอื พ.ศ. 2470 โดยมแี นวคิดวา่ เมอื ประมาณ 13,700 ล้านปก่อน จุดเรมิ ต้นของเวลาและเอกภพกําเนดิ ขนึ จากจุดเล็ก ๆ ทีมสี ภาวะรอ้ นจดั แฟละมคี วามหนาแนน่ สงู มาก เกิดการขยายตัว เมอื เวลาผา่ นไป เอกภพ มวี วิ ฒั นาการจนเกิดสสารต่าง ๆ เกิดกาแล็กซี ดาวฤกษ์ ระบบสรุ ยิ ะ โลก รวมถึงสงิ มชี วี ติ ต่าง ๆ บนโลก Fred Hoyle ในตอนแรกแนวคิดของเลอเมตร์ ถกู เรยี กวา่ สมมติฐานของอะตอมเรมิ แรก (hypothesis of the primevalatom) ต่อมาจงึ รูจ้ กั กันในชอื ทฤษฎีบกิ แบง ซงึ ตังขนึ โดย นักฟสกิ สด์ าราศาสตรท์ ีชอื วา่ เฟรด ฮอยล์ (Fred Hoyle) 3

Edwin Hubble หลังจากนนั ใน พ.ศ. 2472 เอ็ดวนิ ฮับเบลิ ได้ สงั เกตวา่ กาแล็กซสี ว่ นใหญก่ ําลังเคลือนทีออกจากโลก และกาแล็กซที ียงิ อยูไ่ กลมาก ๆ ก็ยงิ มคี วามเรว็ ในการ เคลือนทีออกจากโลกมากขนึ ซงึ หมายความวา่ เอกภพ ยงั คงขยายตัว และเปนไปตามแนวคิดเลอเมตร์ หากมอง ยอ้ นกลับไปยงั จุดเรมิ ต้น เอกภพจะต้องมขี นาดเล็กมาก มคี วามหนาแนน่ และอุณหภมู สิ งู มากเปนอนนั ต์และเกิด บกิ แบงขนึ ซงึ เปนจุดเรมิ ต้นของทกุ สงิ ทกุ อยา่ ง Georges Lemaitre ในพ.ศ. 2491 ทฤษฎีนบี กิ แบงมกี ารพฒั นาต่อโดย จอรจ์ กามอฟ ได้เสนอแนวคิดเกียวกับการเกิดธาตแุ ละ ปรมิ าณของธาตตุ ่าง ๆ ในเอกภพ โดยเสนอวา่ ธาตใุ น เอกภพเกิดขนึ จากการรวมกันของอนุภาคมูลฐาน ในอัตราสว่ นทีเหมาะสม ทําใหเ้ กิดไอโซโทปของธาตไุ ฮโดรเจ หลังจากนัน เมอื เกิดปฏิกิรยิ าเทอรม์ อนิวเคลียรฟ์ วชนั จงึ เกิดธาตทุ ีหนกั ขนึ ในลําดบั ถัดไป 4

วิวัฒนาการเอกภพ 1 เรมิ ต้นการเกิดบกิ แบง เอกภพไดถ้ ือกําาเนดิ ขนึ และเวลาเรมิ เดินไปขา้ งหน้า เมอื เวลาผา่ นไป 10-36 วนิ าที เอกภพมอี ุณหภมู สิ งู ถึง 10 27 เคลวนิ และขยายตัวออกอยา่ งรวดเรว็ เรยี กวา่ อินเฟลชนั (inflation) ในชว่ งนมี เี ฉพาะรงั สคี อสมกิ พลังงานสงู เเท่านนั ยงั ไมม่ อี นภุ าคใด เกิดขนึ 2 เมอื เวลาผา่ นไป 1012 วนิ าที เกิดอนภุ าคมูลฐานต่าง ๆ ขนึ ได้แก่ ควารก์ อิเล็กตรอน โฟตอน และนวิ ตรโิ น รวมถึงปฏิอนภุ าค อนภุ าคและปฏิอนุภาค จะหกั ล้างกันและหายไป แต่ในขณะนนั มจี าํ านวนของอนภุ าคมากกกวา่ ปฏิอนุภาค จงึ ทําใหเ้ กิดสสารต่างๆ ในเอกภพได้ดงั เชน่ ปจจุบนั 3 เมอื เวลาผา่ นไป 10-6 วนิ าที เอกภพมอี ุณหภมู ลิ ดลงเหลือ 10 13เคลวนิ ควารก์ เรมิ รวมตัวกันเปนอนภุ าคไปรตอนและนวิ ตรอน 5

4 เมอื เวลาผา่ นไป 3 นาที เอกภาพมอี ุณหภมู ิ 108 เคลวนิ อนภุ าคโปรตอนและ นวิ ตรอนรวมตัวกันเกิดเปนนวิ เคลียสของธาตเุ บา คือ นวิ เคลียส ของธาตไุ ฮโดรเจนและฮีเลียม 5 เมอื เวลาผา่ นไป 300,000 ป เอกภพมอี ุณหภมู ิ 10,000 เคลวนิ อิเล็กตรอน รวมตัวทับโปรตอนและนวิ ตรอนทําใหเ้ กิดอะตอมของธาตไุ ฮโดรเจนและ ฮีเลียมทีมเี สถียรภาพ และทําใหเ้ กิดรงั สไี มโครเวฟพนื หลังขนึ ซงึ นบั เปนแสงแรกเอกภพ 6 เมอื เวลาผา่ นไป 100 ล้านป เอกภพมอี ุณหภมู ิ 70 เคลวนิ มธี าตแุ ละสสารต่าง ๆ หนาแนน่ มากขนึ จงึ มแี รงโนม้ ถ่วงมากพอทีทําใหเ้ กิดกาแล็กซี และเกิดดาวฤกษ์ภายในเนบวิ ลาขนึ ได้ 7 ในปจจุบนั เมอื เวลาผา่ นไปประมาณ 13,700 ล้านป เอกภพมอี ุณหภมู ปิ ระมาน 2.725 เคลวนิ มธี าตหุ นกั เกิดขนึ เกิดกาแล็กซตี ่าง ๆ หลมุ ดํา ระบบสรุ ยิ ะ รวมถึงโลกและสงิ มชี วี ติ ต่าง ๆ 6

หลักฐานทีสนับสนุน ทฤษฎีบิกแบง การอธบิ ายความเปนมาของเอกภพด้วย ทฤษฎีบกิ แบงนันมคี วามน่าเชอื ถือ มากกวา่ ทฤษฎีอืน ๆ เนืองจาก มหี ลักฐานสาํ าคัญ 2 ประการ ดังนี 1. การขยายตวั ของเอกภพ เอ็ดวนิ พาวเวลล์ ฮับเบลิ นักดาราศาสตรช์ าวอเมรกิ ัน ได้ศึกษาความสมั พนั ธ์ ระหวา่ งระยะหา่ งของกาแล็กซกี ับการ เลือนทางแดงโดยใชป้ รากฏการณ์ดอปเพลอร์ และเสนอ เปนกฎของฮับเบลิ เมอื พ.ศ. 2473 ฮับเบลิ ได้ศึกษาการเกิดดอปเพลอรข์ องกาแล็กซตี ่างๆ จาํ นวนมาก จนสามารถสรุปได้วา่ กาแล็กซกี ําาลังเคลือนที หา่ งออกจากกันและมอี ัตราเรว็ เปนปฏิภาคโดยตรงกับระยะ ทางจากโลก ซงึ สอดคล้องกับทฤษฎีบกิ แบง ทีอธบิ ายถึงการขยายตัวของเอกภพ 13 7

2. การคน้ พบรังสีไมโครเวฟพืนหลงั เมอื พ.ศ. 2508 อารโ์ น เพนเซยี ส และรอเบริ ต์ วลิ สนั นกั ฟสกิ สช์ าวอเมรกิ ันไดท้ ดสอบเครอื งรบั สญั ญาณวทิ ยุ ความไวสงู ซงึ ตังอยูท่ ีหอ้ งทดลองของบรษิ ัทเบลล์เทเลโฟน พบวา่ เครอื งรบั สญั ญาณไดร้ บั สญั ญาณวทิ ยุในยา่ นไมโครเวฟ รบกวนอยูต่ ลอดเวลาโดยไมท่ ราบทิศทางและทีมาของแหล่ง กําาเนดิ แมว้ า่ จะทดลองหนั จานรบั สญั ญาณไปในทิศทางอืน ๆ หรอื ทําาความสะอาดอุปกรณเ์ ปนอยา่ งดี ก็ยงั คงพบสญั ญาณ ไมโครเวฟทีมคี วามสมาเสมออยูต่ ลอดเวลา Arno Penzias and Robert Wilson การค้นพบโดยบงั เอิญนไี ดส้ นบั สนนุ แนวคิด ของ จอรจ์ กามอฟ ทีทําานายไวว้ า่ ถ้าเอกภพเกิดขนึ จากบกิ แบงทีรอ้ นมาก ๆ จะต้องมรี อ่ งรอยทียงั หลงเหลือ ปรากฏอยูใ่ นเอกภพปจจุบนั เมอื เอกภพขยายตัวและเยน็ ลง จะทําใหแ้ สงจากบกิ แบงมคี วามยาวคลืนมากขนึ จนอยูใ่ น ชว่ งไมโครเวฟและมอี ุณหภมู ปิ ระมาณ 2.725 เคลวนิ รังสไี มโครเวฟพนื หลงั 8

จดั ทาํ โดย นายยศพล แสงอนิ ทร์ เลขที 4 ม.6/1 เสนอ อาจารย์ โยภิตา เขยี วค้า