เอกภพ (1)

THE UNIVERSE เอกภพ



หนังสือเลม่ เลก็ รายวชิ าพนื ฐาน วิทยาศาสตร์โลกและอวกาศ ชนั มัธยมศึกษาปที 6

คาํ ชแี จง

คาํ นาํ

สารบญั เรอง หน้า เอกภพ 1 ทฤษฎีบิกแบง 2 ประเภทของทฤษฎีบกิ แบง 3 อนุภาคมลู ฐานของเอกภพ 4 ววฒั นาการเอกภพ 5 หลกั ฐานทีสนับสนนุ ทฤษฎบี กิ แบง 6 การคน้ พบรังสไี มโครเวฟพืนหลัง 7

เอกภพ เอกภพ (universe) ห้วงอวกาศอนั กวา้ งใหญไ่ พศาล ซงึ ประกอบด้วยกาแล็กซที ีมดี วงดาวอยูร่ วมกันนับแสนล้านดวง เนบวิ ลา หลมุ ดํา รวมถึงทีวา่ งระหวา่ งดวงดาว เอกภพมคี วามหมายตรงตัววา่ โลกทีเปนหนึงเดียว ทกุ สิงทกุ อยา่ งในธรรมชาติล้วนเปนหนึงเดียวกันหรอื มตี ้น กําเนิดจากสิงเดียวกัน การเกิดขนึ ของ เอกภพ ยงั ไมม่ คี ําตอบที แน่ชดั นักวทิ ยาศาสตรส์ ่วนใหญ่ เชอื วา่ เอกภพเกิดขนึ จากการ ขยายตัวของจดุ เล็ก ๆ ทีมคี วามรอ้ นและความหนาแน่นสูง เมอื ประมาณ 13,700 ล้านปก่อน 1

ทฤษฎบี กิ แบง การค้นพบ ทฤษฎีบกิ แบง ทฤษฎีบกิ แบง (Big Bang Theory) คือ แบบจาํ ลองใน จกั รวาลวทิ ยาทีใชอ้ ธบิ ายถึงการกําเนิดและววิ ฒั นาการ ของเอกภพ (Universe) ซงึ เปนทฤษฎีทีได้รบั การ ยอมรบั และกล่าวถึงมากทีสุด จากหลักฐานทาง วทิ ยาศาสตรห์ ลายชนิ และการสังเกตการณ์ของเหล่า นักดาราศาสตร์ ทําให้เกิดขอ้ สรุปรว่ มกันวา่ ขณะนี เอกภพ หรอื จกั รวาล กําลังขยายตัวออกไป ดวงดาว และกาแล็กซกี ําลังเคลือนทีออกห่างจากกันทกุ วนิ าที ดังนัน เมอื ยอ้ นเวลากลับไปหลายพนั ล้านปก่อนจนถึง จดุ เรมิ ต้นของทกุ สรรพสิง ทกุ สสารและพลังงานใน จกั รวาล ต้องอยูใ่ กล้ชดิ กันยงิ กวา่ นี และมจี ดุ กําเนิดมา จากจดุ เดียวกัน นันคือ การระเบดิ ครงั ใหญ่ หรอื บกิ แบง จากจดุ ทีมขี นาดเล็กยงิ กวา่ อะตอมเปนพนั ล้านเท่า จดุ ทีมอี ณุ หภมู แิ ละความหนาแน่นเปนอนันต์ (Singularity) จดุ ทีรวมแรงทัง 4 ในธรรมชาติไวเ้ ปน หนึงเดียว (แรงโน้มถ่วง แรงแมเ่ หล็กไฟฟา แรง นิวเคลียรเ์ ขม้ และแรงนิวเคลียรอ์ อ่ น) ก่อนจะเกิดการ ขยายตัว หรอื การระเบดิ ออกอยา่ งรวดเรว็ และรุนแรง ซงึ เปนจดุ เรมิ ต้นของเอกภพ สสาร และพลังงาน รวม ถึงทีวา่ ง (Space) และกาลเวลา (Time) ส่งสสารและ พลังงานไปในห้วงอวกาศ ให้กําเนิดดวงดาวและ กาแล็กซี จนเปนจกั รวาลอยา่ งทีเราเห็นอยูใ่ นทกุ วนั นี 2

ประเภทของทฤษฎีบกิ แบง ทฤษฎีทีถกู เสนอเกียวกับการกําเนิดเอกภพ จากการศึกษาทางด้านจกั รวาลวทิ ยาเพอื แก้ไขปญหาวา่ เอกภพเกิดขนึ ได้อยา่ งไร ได้มผี ูเ้ สนอทฤษฎีทีใชอ้ ธบิ ายถึงการกําเนิดเอกภพ หลายทฤษฎีด้วยกัน 1. ทฤษฎีบกิ แบง(big bang theory) 2.ทฤษฎีสภาวะคงตัว (steady state theory) 3.ทฤษฏีเอกภพแกวง่ กวดั (oscillating universe theory ) 3

อนุภาคมูลฐานของเอกภพ อนุภาคมูลฐานของเอกภพ จอรจ์ กามอฟ หลังจาก นันในพ.ศ 2491 จอรจ์ กามอฟ (Georg e Gamow) (Georg e Gamow ) นักฟสิกส์ชาวอเมรกิ ัน ได้เสนอแนวคิดเกียวกับการเกิดธาตแุ ละ ปรมิ าณของธาตตุ ่าง ๆ ในเอกภพธาตใุ น เอกภพเกิดขึนจากการรวมกันของอนุภาค มูลฐาน เชน่ ควารก์ โฟตอน อิเล็กตรอน นิ วตรโิ น ในอัตราทีเหมาะสม ทําให้เกิด ไอโซโทปของธาตไุ ฮโดรเจนหลังจากนัน เมอื เกิดปฏิกิรยิ าเทอรม์ อนิวเคลียรฟ์ วชนั (thermonuclear fusion) จึงเกิดธาตทุ ี หนักขึนในลําดับถัดไปศึกษาเกียวกับ ปรมิ าณของธาตใุ นเอกภพพบวา่ มธี าตุ ไฮโดรเจนประมาณรอ้ ยละ 75 และธาตุ ฮีเลียมรอ้ ยละ 24 จะเห็นได้วา่ เอกภพ ประกอบด้วยธาตเุ บาเปนส่วนใหญ่คือ ไฮโดรเจนและฮีเลียม เอกภพประกอบด้วย ในชว่ งหลังจากการเกิดบกิ แบง เอกภพมอี ุณหภมู สิ ูงมากจนอะตอมไม่ สามารถก่อตัวขึนได้ เมอื เอกภพขยายตัวออก เยน็ ลงและมพี นื ทีวา่ งมาก ขึน อนุภาคเล็ก ๆ จึงเรมิ รวมตัวกันเปนกล่มุ ก่อตัวเปนอะตอม และอะตอม รวมตัวกันจนเกิดเปนดาวฤกษ์และกาแล็กซี ในขณะทีกาแล็กซตี ่าง ๆ รวม กันเปนกล่มุ ดาวฤกษ์มกี ารเกิดใหมแ่ ละดับลง สิงต่าง ๆ เชน่ ดาวเคราะห์ น้อย ดาวหาง ดาวเคราะห์ หลมุ ดํา ก็กําเนิดชว่ งเวลาเดียวกับดาวฤกษ์ -ดาวดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์น้อย ดาวหาง ดาวเคราะห์ หลมุ ดํา 4

ววฒั นาการของเอกภพ รังศีคอสมิก เกดิ นิวเคลียสของ เกิดกาแลก็ ซี ธาตเุ บา H,He และดาวฤกษ พลังงานสูง เกิดอนภุ าค มูลฐาน เกิดอนภุ าค เกิดอะตอมของธาตุเบา เกิดธาตหุ นัก หลุมดํา โปรตอนและ และปรากฏรังสี ระบบสรุ ิยะ และมนษุ ย นิวตรอน ไมโครเวฟพ้ืนหลัง อนิ เฟลชนั 5

1.เรมิ ต้นการเกิดบกิ แบง เอกภพได้ถือกําาเนิดขนึ และเวลาเรมิ เดินไปขา้ งหน้า เมอื เวลาผา่ นไป 10 วนิ าที เอกภพมอี ณุ หภมู ิ สูงถึง 10 เคลวนิ และขยายตัวออกอยา่ งรวดเรว็ เรยี กวา่ อนิ เฟลชนั (inflation) ในชว่ งนีมเี ฉพาะรงั สีคอสมกิ พลังงานสูง เเท่านัน ยงั ไมม่ อี นุภาคใด เกิดขนึ 2.เมอื เวลาผา่ นไป 10 วนิ าที เกิดอนุภาคมูลฐานต่าง ๆ ขนึ ได้แก่ ควารก์ อเิ ล็กตรอน โฟตอน และนิวตรโิ น รวมถึงปฏิอนุภาค อนุภาคและปฏิอนุภาค จะหักล้างกันและหายไป แต่ในขณะนันมจี าํ านวนของอนุภาคมากกกวา่ ปฏิ อนุภาคจงึ ทําให้เกิดสสารต่างๆ ในเอกภพได้ดังเชน่ ปจจบุ นั 3.เมอื เวลาผา่ นไป 10 วนิ าที เอกภพมอี ณุ หภมู ลิ ดลงเหลือ 10 เคลวนิ ควารก์ เรมิ รวมตัวกันเปนอนุภาคไปรตอนและ นิวตรอน 4.เมอื เวลาผา่ นไป 3 นาที เอกภาพมอี ณุ หภมู ิ 10 เคลวนิ อนุภาคโปรตอนและนิวตรอนรวมตัวกันเกิดเปนนิวเคลียสของ ธาตเุ บา คือ นิวเคลียสของธาตไุ ฮโดรเจนและฮีเลียม 5.เมอื เวลาผา่ นไป 300,000 ป เอกภพมอี ณุ หภมู ิ 10,000 เคล วนิ อเิ ล็กตรอนรวมตัวทับโปรตอนและนิวตรอนทําให้เกิด อะตอมของธาตไุ ฮโดรเจนและฮีเลียมทีมเี สถียรภาพ และทําให้ เกิดรงั สีไมโครเวฟพนื หลังขนึ ซงึ นับเปนแสงแรกเอกภพ 6.เมอื เวลาผา่ นไป 100 ล้านป เอกภพมอี ณุ หภมู ิ 70 เคลวนิ มี ธาตแุ ละสสารต่าง ๆ หนาแน่นมากขนึ จงึ มแี รงโน้มถ่วงมาก พอทีทําให้เกิดกาแล็กซแี ละเกิดดาวฤกษ์ภายในเนบวิ ลาขนึ ได้ 7.ในปจจบุ นั เมอื เวลาผา่ นไปประมาณ 13,700 ล้านป เอกภพมอี ณุ หภมู ปิ ระ มาน 2.725 เคลวนิ มธี าตหุ นักเกิดขนึ เกิดกาแล็กซตี ่าง ๆ หลมุ ดํา ระบบสุรยิ ะ รวมถึงโลกและสิงมชี วี ติ ต่าง ๆ

หลกั ฐานทีสนบั สนุนทฤษฎีบกิ แบง หลักฐานทีสนับสนุนทฤษฎีบกิ แบง การอธบิ ายความเปนมาของเอกภพ ด้วยทฤษฎีบกิ แบงนันมคี วามน่าเชอื ถือมากกวา่ ทฤษฎีอนื ๆ เนืองจาก มหี ลักฐานสําาคัญ 2 ประการ ดังนี 1. การขยายตัวของเอกภพ 2. การค้นพบรงั สีไมโครเวฟพนื หลัง +การขยายตัวของเอกภพ เอ็ดวน พาวเวลล์ ฮบั เบลิ เอด็ วนิ พาวเวลล์ ฮับเบลิ นักดาราศาสตรช์ าวอเมรกิ ันศึกษา ความสัมพนั ธ์ ระหวา่ งระยะห่างของกาแล็กซกี ับการเลือนทาง แดงโดยใชป้ รากฏการณ์ดอปเพลอร์ และเสนอเปนกฎของ ฮับเบลิ เมอื พ.ศ. 2473 ได้สังเกตวา่ กาแล็กซสี ่วนใหญก่ ําลังเคลือนทีออกจากโลก และ กาแล็กซที ียงิ อยูไ่ กลมาก ๆ ก็ยงิ มคี วามเรว็ ในการเคลือนทีออก จากโลกมากขนึ ซงึ หมายความวา่ เอกภพยงั คงขยายตัว และเปน ไปตามแนวคิดเลอเมตรหากมองยอ้ นกลับไปยงั จดุ เรมิ ต้น เอกภพจะต้องมขี นาดเล็กมากมคี วามหนาแน่นและอณุ หภมู สิ ูง มากเปนอนันต์และเกิดบกิ แบงขนึ ซงึ เปนจดุ เรมิ ต้นของทกุ สิง ทกุ อยา่ ง 6

การค้นพบรังสีไมโครเวฟพืนหลงั การค้นพบรงั สีไมโครเวฟพนื หลัง เมอื พ.ศ. 2508 อารโ์ น เพนเซยี ส และรอเบริ ต์ วลิ สัน นักฟสิกส์ชาว อเมรกิ ันได้ทดสอบเครอื งรบั สัญญาณวทิ ยุความไวสูง ซงึ ตังอยูท่ ีห้อง ทดลองของบรษิ ัทเบลล์เทเลโฟน พบวา่ เครอื งรบั สัญญาณได้รบั สัญญาณวทิ ยุในยา่ นไมโครเวฟรบกวนอยูต่ ลอดเวลาโดยไมท่ ราบ ทิศทางและทีมาของแหล่งกําาเนิด แมว้ า่ จะทดลองหันจานรบั สัญญาณ ไปในทิศทางอนื ๆ หรอื ทําาความสะอาดอปุ กรณ์เปนอยา่ งดี ก็ยงั คง พบสัญญาณไมโครเวฟทีมคี วามสมาเสมออยูต่ ลอดเวลา การค้นพบโดยบงั เอญิ นีได้ สนับสนุนแนวคิด ของ จอรจ์ กา มอฟ ทีทําานายไวว้ า่ ถ้าเอกภพ เกิดขนึ จากบกิ แบงทีรอ้ นมาก ๆ จะต้องมรี อ่ งรอยทียงั หลงเหลือ ปรากฏอยูใ่ นเอกภพปจจบุ นั เมอื เอกภพขยายตัวและเยน็ ลง จะทํา ให้แสงจากบกิ แบงมี ความยาวคลืนมากขนึ จนอยูใ่ น ชว่ งไมโครเวฟและมอี ณุ หภมู ิ ประมาณ 2.725 เคลวนิ 7

บรรณานุกรม หนงั สือเรยนวทยาศาสตร์โลกและอวกาศ ม.6 https://www.trueplookpanya.com/learning/det ail/34138 http://www.chaiyatos.com/sky_lesson1_1.htm ทรูปลูกปญญา มุมมองการอ่าน ม.6

วทิ ยาศาสตรโ ลกและอวกาศ เอกภพ