โลกและดาราศาสตร์ (เอกภพ)

กำเนิดเอกภพ(Big Bang)

ปัจจุบันเอกภพประกอบดัวยกาแล็กซีจำนวนเป็นแสนล้านกาแล็กซีระหว่างกาแล็กซี เป็นอวกาศที่เวิ้งว้างกว้างไกล เอกภพจึงมีขนาดใหญ่โดยมีรัศมีไม่น้อยกว่า 13,700 ล้านปีแสง ภายในกาแล็กซีแต่ละแห่งประกอบด้วยดาวฤกษ์จำนวนมากโลกของเราเป็นดาวเคราะห์ หืดวงหนึ่งในระบบสุริยะ ซึ่งเป็นสมาชิกของกาแล็กซีของเรา บิกแบงเป็นทฤษฎีที่อธิบายถึงการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ที่ทำให้พลังงานส่วน หนึ่งเปลี่ยนเป็นสสารมีวิวัฒนาการต่อเนื่องจนเกิดเป็นกาแล็กซี เนบิวลา ดาวฤกษ์ ระบบสุริยะ โลก ดวงจันทร์ และสิ่งมีชีวิตต่างๆ ในปัจจุบัน 

เอกภพ(Universe) เป็นระบบรวมของดาราจักรที่มีอาณาเขตกว้างใหญ่ไพศาลมาก เชื่อกันว่าในเอกภพมีดาราจักรรวมอยู่ประมาณ 10,000,000,000 ดาราจักร (หมื่นล้านดาราจักร) ในแต่ละดาราจักรจะประกอบด้วยระบบของดาวฤกษ์ (Stars) กระจุกดาว (Star clusters) เนบิวลา (Nebulae) หรือหมอกเพลิง ฝุ่นธุลีคอสมิก (Cosmic dust) ก๊าซ และที่ว่างรวมกันอยู่

จุดเริ่มต้นของสรรพสิ่ง หมายความว่า ก่อนหน้านั้นไม่มีสิ่งใดดำรงอยู่เลย หลังจากจุดนั้นสรรพสิ่งเริ่มปรากฎ ขึ้น คำพูดที่ว่าทารกได้ "กำเนิด'' ขึ้นจากเดิมที่ไม่มีอยู่ สามารถใช้ได้กับการกำเนิดของเทหวัตถุบนท้องฟ้า เช่น การกำเนิดโรค การกำเนิดระบบสุริยะ การกำเนิดดวงดาว และการกำเนิดกาแล็กซีเป็นต้น โลกกำเนิดจากการรวมตัวของผงฝุ่น ความจริงแล้วไม่เพียงแต่ระบบสุริยะ ดวงดาว และกาแล็กซีเท่านั้น แม้แต่ทารกก็กำเนิดจากการรวมตัวของมวลสารในโลกอันได้แก่ อะตอมและ โมเลกุล ซึ่งประกอบกันขึ้นโดยในรูปแบบการรวมตัวที่แตกต่างกัน แสดงให้เห็นว่ามวลสารที่เคยมีอยู่เดิมนั้น เดียวนี้ก็คงยังมีอยู่แต่เปลี่ยนแปลงรูปแบบของการรวมตัวเท่านั้น ที่มาหรือกำเนิดเอกภพเป็นอย่างไร เอกภพประกอบขึ้นจากสรรพสิ่งที่อยู่รอบตัวเรา มนุษย์ โลก ดวงอาทิตย์ ดวงดาว เนบิวลา และกาแล็กซีเป็นต้น เอกภพมีการกำเนิดเหมือนกับโลกหรือไม่ ก่อนหน้าที่จะถึง ณ เวลาหนึ่ง เอกภพไม่ได้ดำรงอยู่ แต่หลังจาก ณ จุดเวลานั้นจึงมีเอกภพปรากฏขึ้น สำหรับดวงดาว ก่อนหน้าดวงดาวจะกำเนิดขึ้น มวลสารต่างๆที่ประกอบขึ้นเป็นดวงดาวอยู่ในรูปของอะตอมและโมเลกุล

สำหรับ เอกภพแล้วไม่มีสิ่งใดที่จะรองรับอะตอมและโมเลกุล เหล่านี้ อะตอมและโมเลกุลเหล่านี้มาจากที่ใด ยังคงเป็นปัญหาต่อไป มีความเห็นแตกต่างกันมากมายเกี่ยวกับกำเนิดเอกภพจนถึงปัจจุบันก็ยังมีข้อ สรุปและไม่มีทฤษฎีที่แน่ชัด แต่ที่ไดรับการยอมรับที่สุด คือ ทฤษฎีการระเบิดใหญ่ (big-bang theory หรือทฤษฎีบิกแบง) โดย เลแมตร์ (G.Lemaitre) ได้กล่าวไว้ว่า ในอดีตเอกภพมีลักษณะเป็นรูปทรงกลมเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 6,400  กิโลเมตร  (4,000ไมล์) เลอร์แมตร์ เรียกทรงกลมที่เป็นจุดกำเนิดของสสารนี้ว่า "อะตอมดึกดำบรรพ์" (Primeval Atom) เป็นอะตอมขนาดยักษ์ นำหนักประมาณ 2 พันล้านตันต่อลูกบาศก์นิ้ว (ซึ่งขัดแย้งกับความเป็นจริงกับความหมายของอะตอมในปัจจุบันที่ให้ความหมาย ของอะตอม ว่าเป็นส่วยย่อยของโมเลกุล) อย่างไรก็ตามนักดาราศาสตร์ได้ถกเถียงและค้นหาข้อเท็จจริงเกี่ยวกับทฤษฎีนี้ อย่างจริงจัง และกาโมว์ (G.Gamow) เป็นคนหนึ่งที่สนับสนุนทฤษฎีของเลอเมตร์ จากผลการคำนวณของกาโมว์ ในขณะที่อะตอมดึกดำบรรพ์ระเบิดขึ้น จะมีอุณภูมิสูงถึง 3 x 10^9 เคลวิน (3,000,000,000 เคลวิน) หลังจากเกิดการระเบิดประมาณ 5 วินาที อุณภูมิได้ลดลงเป็น 10^9 เคลวิน (1,000,000,000 เคลวิน) และเมื่อเวลาผ่านไป 3 x 10^8 ปี (300,000,000 ปี) อุณภูมิของเอกภพลดลงเป็น 200 เคลวิน ในที่สุดเอกภพก็ตกอยู่ในความมืดและเย็นไปนานมากจนกระทั่งมีดาราจักรเกิดขึ้น จึงเริ่มมีแสงสว่างและอุณภูมิเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในปี พ.ศ.2472 ฮับเบิล (Edwin P.Hubble) ได้ศึกษาสเปกตรัมของดาราจักรต่างๆ 20 ดาราจักร ซึ่งอยู่ไกลที่สุดประมาณ 20 ล้านปีแสง พบว่าเส้นสเปกตรัมได้เคลื่อนไปทางแสงสีแดง ดาราจักรที่อยู่ห่างออกไปจะมีการเคลื่อนที่ไปทางแสงสีแดงมาก แสดงว่าดาราจักรต่างๆ กำลังคลื่นที่ห่างไกลออกไปจากโลกทุกทีทุกทีๆ พวกที่อยู่ไกลออกไปมากๆจะมีการเคลื่อนที่เร็วขึ้น ดาราจักรที่ห่างประมาณ2.5พันล้านปีแสง มีความเร็ว 38,000 ไมล์ต่อวินาที ส่วนพวกดาราจักร ที่อยู่ไกลกว่านี้มีควาเร็วมากขึ้นตามลำดับ ความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางของดาราจักรและ ความเร็วแห่งการเคลื่อนที่ เรียกว่า "กฎฮับเบิล" ทฤษฎีนี้อาจเรียกว่า "การระเบิดของเอกภพ" (Exploding Universe) ซึ่งก็สนับสนุนกับแนวคิดของเลแมตร์เช่นกัน

 

อายุของเอกภพ

การใช้ค่าคงที่ของฮับเบิลคำนวณหาอายุของเอกภพ ปัจจุบันยังไม่สามารถหาอายุที่แท้จริงของเอกภพได้ เราอาจเข้าใจว่าโลกและเอกภพมีมาตั้งแต่โบราณไม่เปลี่ยนแปลงแต่ความจริงแล้ว เพราะเอกภพถือกำเนิดขึ้น ณ เวลาหนึ่ง แต่เวลาผ่านมานานเท่าไรแล้วล่ะ หากเราต้องการหาอายุของโลก เราสามารถใช้เรดิโอไอโซโทปมาวัดอายุและเวลาในการก่อสร้างในการก่อตัวของหิน เปลือกโลกทำให้รู้ว่าโลกก่อตัวขึ้นมานานเท่าไร แต่ถ้าต้องการคำนวณหาเวลาที่เอกภพก่อตัวขึ้นจำเป็นต้องวัดอายุของดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์ที่มีสมบัติแตกต่างกันจะมีอายุต่างกันด้วย กระจุกดาวทรงกลม (globula cluster)ที่เก่าแก่ที่สุดราว 12,000ล้านปี ดังนั้นเอกภพจึงน่ามีอายุมากกว่านี้ เราใช้ของฮับเบิลเป็นข้ออ้างอิงในการคำนวณหาอายุของเอกภพเริ่มจากกำหนดให้ ระยะทางห่างแต่เดิม ระหว่างกาแล็กซีสองแห่งเป็น r และv เป็นความเร็วในการถอยห่างออกจากกัน จะได้ค่าของเวลาคือ t=r/v เพื่อนำมาหาค่าของเวลาที่กาแล็กซีอยู่ติดกันกฎของฮับเบิลแสดงได้เป็น v=hr บอกให้เรารู้ว่ากาแล็กซีซึ่งปัจจุบันอยู่ห่างไกลกันมากนั้น ก่อนหน้าเวลา1/h กาแล็กซีเหล่านี้รวมกันเป็นจุดเดียว ค่า H นี้เรียกว่า ค่าคงที่ของฮับเบิล ( hubble constant )จากการคำนวณของฮับเบิลในปี ค.ศ. 1929ได้ผลออกมาว่าทุกๆระยะห่าง 3 ล้านปีแสงความเร็วถอยห่างจะเป็น 200กิโลเมตรต่อวินาที เมื่อนำค่า H มาคำนวณหาเอกภพจะได้ค่าราว 5,000 ล้านปีซึ่งน้อยกว่าของกระจุกดาวทรงกลมที่มีอายุ 12,000 ล้านปี จึงนับว่าเป็นผลลัพธ์ที่น่าแปลก ทั้งนี้เป็นเพราะขณะที่ฮับเบิลคำนวณระยะห่างเขาใช้มาตรวัดระยะผิดพลาด กล่าวคือใช้ดาวแปรแสงแบบเซฟิด (Cepheid variabie star) เป็นหลักในการคำนวณ แต่ระดับความสว่างของดาวแปรแสงแบบเซฟิด เดิมกำหนดผิดไปขั้นหนึ่ง ทำคลาดเคลื่อน 

  
ถ้าเอกภพกำลังขยายตัวก็แสดงว่าถ้าเราย้อนเวลากลับไปในอดีต เอกภพก็ต้องมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ ยิ่งย้อนเวลามากก็ยิ่งเล็กลง แล้วเมื่อเล็ก ลงอย่างที่สุดจะเกิดอะไรขึ้น เอกภพจะลดลงจนสลายไปหรือหวังว่าจะมีจุดหนึ่งที่เอกภพกำเนิด ไม่ว่าจะเป็นกรณีใดจะเห็นว่าเราจะต้องเกี่ยวข้องกับ การเริ่มของเอกภพทั้งนั้น ผู้แรกที่เริ่มศึกษาปัญหาเหล่านี้อย่างจริงจังคือนักฟิสิกส์ซึ่งเกิดที่รัสเซียชื่อ กามอฟ แต่ภายหลังอพยพไปอยู่อเมริกาในช่วง ปี 1948 ที่จริงกามอฟไม่ได้ตั้งใจที่จะคิดค้นเกี่ยวกับการเริ่มของเอกภพตั้งแต่ตอนแรก แต่ระหว่างที่เขากำลังคิดค้นเกี่ยวกับการเกิดของธาตุ เขาก็ได้ บรรลุถึงข้อสรุปว่า เอกภพจะต้องเกิดขึ้นด้วย BIG BANG

 เอกภพกำเนิดได้อย่างไร 

จากเดิมที่ไม่อะไรอยู่เลยแล้วปรากฏขึ้นอย่างทันทีทันใดหรือ ไม่สิ่งที่เรียกว่าการกำเนิดเอกภพ ย้อนกลับไปสู่อดีตราว 18,000 ล้านปีก่อน จากกฎของฮับเบิลเอกภพจะมีขนาดเล็กเหมือน "จุด''จุดหนึ่ง ในเวลานั้นเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างไร จากช่วงเอกภพเป็นสเหมือน จุด ขนาดเล็ก เริ่มเกิดการขยายตัวที่มีลักษณะเหมือนการระเบิด เรียกกันว่า บิกแบง (big bang) หรือ การระเบิดครั้งใหญ่ของเอกภพ ในขณะนั้นมวลสารทั้งหมดที่มีอยู่ในเอกภพอันกว้างใหญ่ไพศาลในปัจจุบันอัด แน่นอยู่ใน จุด ทำให้มีพลังงานสะสมอยู่มหาศาล ทั่วทั้งเอกภพเริ่มขยายตัวเพราะแรงดันที่เกิดจากพลังงานดังกล่าว ซึ่งเริ่มกลายเป็นสสารตามสมการของไอน์สไตน์ ขณะที่เอกภพยังเป็นสเหมือน จุด อยู่นั้น มีความหนาแน่นสูงมากดังนั้นจึงเกิดปรากฏการณ์น่าอัศจรรย์แตกต่างจากที่เรา เห็นในชีวิตประจำวัน เอกภพได้ปรากฏขึ้นมาอย่างทันที่ทันใดจากเดิมที่เป็นเพียงความว่างเปล่าไม่มี อะไรอยู่เลย
ตามหลักกลศาสตร์ควอนตัม( quantum mechanics) นั้น การดำรงอยู่ของสสารเป็นการซ่อนทับกันของเคลื่อน ซึ่งอธิบายได้สมการการเคลื่อนที่ของคลื่น เพราะฉะนั้น ทฤษฎีที่ว่า เอกภพเกิดขึ้นทันทีทันใด จากเดิมที่ไม่มีอะไรอยู่เลย จึงมีความเป็นไปได้ และอาจกล่าวได้ว่าสสารจำนวนหนึ่ง ณ เวลาหนึ่งที่แน่นอน มีความเป็นไปได้ว่าจะสูญหายไปทันทีเหมือนอยู่อีก ณ เวลาหนึ่ง ม่าวมีโอกาสน้อยมากที่จะเกิดขึ้นแต่ก็ไม่ใช่ว่าจะเป็นไปไม่ได้เลย อย่างไรก็ตามเมื่อวัตถุหดตัวเล็กลงมันจะขนาดเล็กมากจนอาจเกิดสภาพที่บางก็มี อยู่ บางครั้งก็หายไปที่เป็นแนวคิดเกี่ยวกับการกำเนิดเอกภพที่เอ็ดเวิร์ด เฟรดกิน แสนอไว้ในปี ค. ศ. 1980

กำเนิดเอกภพ(Big Bang)

ทฤษฎีบิกแบง 

ทฤษฎี “บิกแบง” (Big Bang Theory) เป็น ทฤษฎีทางดาราศาสตร์ที่กล่าวถึงประวัติศาสตร์ความเป็นมาของจักรวาล ปัจจุบันเป็นทฤษฎีที่เป็นที่เชื่อถือและยอมรับมากที่สุด ทฤษฎีบิกแบงเกิดขึ้นจากการสังเกตของนักดาราศาสตร์ที่ว่า ขณะนี้จักรวาลกำลังขยายตัว ดวงดาวต่าง ๆ บนท้องฟ้ากำลังวิ่งห่างออกจากกันทุกที เมื่อย้อนกลับไปสู่อดีต ดวงดาวต่างๆ จะอยู่ใกล้กันมากกว่านี้ และเมื่อนักดาราศาสตร์คำนวณอัตราความเร็วของการขยายตัวทำให้ทราบถึงอายุของ จักรวาลและการคลี่คลายตัวของจักรวาล รวมทั้งสร้างทฤษฎีการกำเนิดจักรวาลขึ้นอีกด้วย ตามทฤษฎีนี้ จักรวาลกำเนิดขึ้นเมื่อประมาณ ๑๕,๐๐๐ ล้านปีที่แล้ว ก่อนการเกิดของจักรวาล ไม่มีมวลสาร ช่องว่าง หรือกาลเวลา จักรวาลเป็นเพียงจุดที่เล็กยิ่งกว่าอะตอมเท่านั้น และด้วยเหตุใดยังไม่ปรากฏแน่ชัด จักรวาลที่เล็กที่สุดนี้ได้ระเบิดออกอย่างรุนแรงและรวดเร็วในเวลาเพียงเศษ เสี้ยววินาที (Inflationary period) แรงระเบิดก่อให้เกิดหมอกธาตุซึ่งแสงไม่สามารถทะลุผ่านได้ (Plasma period) ต่อมาจักรวาลที่กำลังขยายตัวเริ่มเย็นลง หมอกธาตุเริ่มรวมตัวกันเป็นอะตอม จักรวาลเริ่มโปร่งแสง ในทางทฤษฎีแล้วพื้นที่บางแห่งจะมีมวลหนาแน่นกว่า ร้อนกว่า และเปล่งแสงออกมามากกว่า ซึ่งต่อมาพื้นที่เหล่านี้ได้ก่อตัวเป็นกลุ่มหมอกควันอันใหญ่โตมโหฬาร และภายใต้กฎของแรงโน้มถ่วง กลุ่มหมอกควันอันมหึมานี้ได้ค่อยๆ แตกออก จนเป็นโครงสร้างของ “กาแลกซี” (Galaxy) ดวงดาวต่าง ๆ ได้ก่อตัวขึ้นในกาแลกซี และจักรวาลขยายตัวออกอย่างต่อเนื่องจนถึงปัจจุบัน

นักดาราศาสตร์คำนวณว่าจักรวาลว่าประกอบไปด้วยกาแลกซีประมาณ ๑ ล้านล้านกาแลกซี และแต่ละกาแลกซีมีดาวฤกษ์อย่างเช่นดวงอาทิตย์อยู่ประมาณ ๑ ล้านล้านดวง และสุริยจักรวาลของเราอยู่ปลายขอบของกาแลกซีที่เรียกว่า “ทางช้างเผือก” (Milky Galaxy) และกาแลกซีทางช้างเผือกก็อยู่ปลายขอบของจักรวาลใหญ่ทั้งหมด เราจึงมิได้เป็นศูนย์กลางของจักรวาลเลย ไม่ว่าจะในความหมายใด

ในปี พ.ศ. ๒๕๓๕ ดาวเทียม “โคบี” (COBE) ของ องค์การนาซ่าแห่งสหรัฐอเมริกา ซึ่งถูกส่งขึ้นไปเพื่อศึกษาประวัติศาสตร์ของจักรวาลโดยเฉพาะ ได้ค้นพบรังสีโบราณ ซึ่งบ่งบอกถึงโครงสร้างของจักรวาลขณะเมื่อจักรวาลมีอายุเพียง ๓๐๐,๐๐๐ ปี นับเป็นการค้นพบครั้งสำคัญที่ยืนยันว่า จักรวาลกำเนิดขึ้นมาจากจุดเริ่มต้นของการระเบิด และคลี่คลายตัวตามคำอธิบายในทฤษฎี “บิกแบง” จริง เมื่อได้ทฤษฎีการกำเนิดจักรวาลแล้ว นักดาราศาสตร์ก็สนใจว่าจักรวาลจะสิ้นสุดลงอย่างไร มีทฤษฎีที่อธิบายเรื่องนี้อยู่ ๓ ทฤษฎี ทฤษฎีแรก กล่าวว่า

เมื่อแรงระเบิดสิ้นสุดลง มวลอันมหึมาของกาแลกซีต่างๆ จะดึงดูดซึ่งกันและกัน ทำให้จักรวาลหดตัวกลับจนกระทั่งถึงกาลอวสาน ทฤษฎีที่สอง อธิบายว่า จักรวาลจะขยายตัวในอัตราช้า ๆ จึงเชื่อว่าน่าจะมี “มวลดำ”(dark matter) ที่เรายังไม่รู้จักปริมาณมหึมาคอยยึดโยงจักรวาลไว้ จักรวาลจะขยายตัวไปเรื่อยๆ จนยากแก่การสืบค้น ส่วนสตีเฟ่น ฮอว์กกิ้ง (Stephen Hawking) ได้เสนอทฤษฎีที่สามว่า จักรวาลจะขยายตัวในอัตราความเร็วที่เพิ่มขึ้นอย่างไม่มีที่สิ้นสุด ทฤษฎีบิกแบงนั้นได้รับการเชื่อมต่อด้วยทฤษฎีวิวัฒนาการ (Evolution Theory) ของชาร์ล ดาร์วิน (Charles Darwin) เมื่อโลกเย็นตัวลงนั้น ปฏิกิริยาเคมีจากมวลสารในโลกในที่สุดแล้วก่อให้เกิดไอน้ำ และไอน้ำก่อให้เกิดเมฆ และเมฆตกลงมาเป็นฝน ทำให้เกิดแม่น้ำ ลำธาร ทะเล และมหาสมุทร วิวัฒนาการนี้มีลักษณะแบบ “ก้าวกระโดด” (Emergent Evolution) เมื่อมีสารอนินทรีย์และน้ำปริมาณมหาศาลเป็นเวลาที่ยาวนาน ในที่สุดคุณภาพใหม่คือ “ชีวิต” ก็ เกิดขึ้น คำว่า บิกแบง ที่จริงเป็นคำล้อเลียนที่เกิดจาก นักดาราศาสตร์ ชื่อ เฟรดฮอยล์ ซึ่งเขาดูหมิ่นและตั้งใจจะทำลายความน่าเชื่อถือของทฤษฎีที่เขาเห็นว่าไม่มี ทางเป็นจริงอย่างไรก็ดี การค้นพบ ไมโครเวฟพื้นหลัง ในปี ค.ศ. 1964 ยิ่งทำให้ไม่สามารถปฏิเสธทฤษฎีบิกแบงได้ มีหลักฐานสำคัญพิสูจน์ความถูกต้องของทฤษฎีการเกิดของเอกภพตาม

ทฤษฎีการระเบิดครั้งใหญ่ประการหนึ่ง คือ ในปี ค.ศ. 1965 นักวิทยาศาสตร์ที่ บริษัท เบลล์ แลบอรอทอรี่ สหรัฐ ได้ยินเสียบรบกวนของคลื่นวิทยุดังมากจาก รอบทิศบนท้องฟ้า นักวิทยาศาสตร์ได้คำนวณได้แล้วว่า ถ้าหากเอกภพมีจุดกำเนิด จากปฐมดวงไฟในจักรวาลเมื่อประมาณ 1.1 x 1010-1.8x1010 ปีมาแล้ว ตาม ทฤษฎีการระเบิดครั้งใหญ่ของจักรวาลพลังงานที่ยังหลงเหลืออยู่ในการระเบิด ครั้งใหญ่จะต้องค้นหาพบได้ในปัจจุบัน และจะมีอุณหภูมิประมาณ 3 องศาเหนือ ศูนย์องศาสมบูรณ์ เนื่องจากพลังงานจะแผ่ออกมาเป็นไมโครเวฟ มีความยาวคลื่น น้อยกว่า 1 ม.ม. ผลจากการได้ยินเสียงคลื่นไม่โครเวฟดังมากจากรอบทิศทางบน ท้องฟ้าดังกล่าว เมื่อนักวิทยาศาสตร์ทำการวัดอย่างระมัดระวังทำให้นักวิทยาศาสตร์ แน่ใจว่า การแพร่ของคลื่นไมโครเวฟ บนท้องฟ้าทั่วทิศทาง คือ ส่วนที่หลงเหลือ จากการระเบิดครั้งใหญ่ของจักรวาล

ภายหลังเกิดบิกแบง

ขณะที่เอกภพขยายตัวภายหลังเกิดบิกแบงสสารก็เคลื่อนที่ไปทุก ทิศทาง แรงโน้มถ่วงเริ่มทำงาน แรงโน้มถ่วง คือ สิ่งที่ควบคุมเอกภพ เป็นแรงดึงวัตถุเข้าหากัน เราเรียกแรงดึงดูด เช่นนี้ว่า แรงโน้มถ่วง วัตถุที่มีมวลสารมากจะมีแรงโน้มถ่วงสูง แรงโน้มถ่วงทำให้วัตถุอย่างอยู่ด้วยกัน ดังนั้นเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 1 ล้านปี สสารในรูปของไฮโดรเจนและฮีเลียมก็เริ่มยึดเหนี่ยวกันเป็นก้อน เรียกว่า กาแล็กซีที่ยังไม่คลอด(protogalaxy) นี่คือจุดเริ่มต้นของการเกิดกาแล็กซีต่อไป ก้อนก๊าซขนาดเล็กที่อยู่ภายในกลายเป็นดาวฤกษ์ กาแล็กซีที่ยังไม่คลอดก็เหมือนกระจุดดาวฤกษ์ขนาดมหิมาหรือกาแล็กซีแคระ อยู่กันเป็นกลุ่มและเป็นโครงสร้างหลักของกาแล็กซี กาแล็กซีที่ยังไม่คลอดทั้งหลายถูกยึดเหนี่ยวเข้าด้วยกัน ด้วยแรงโน้มถ่วงจึงเกิดการรวมกันเป็นกาแล็กซีในช่วงแรกจะมีขนาดเล็กและมีรูป ร่างแปลก ในที่สุดกาแล็กซีที่ยังไม่คลอดหลายแห่งก็รวมกันกลายเป็นกาแล็กซีแบบสไปรัส หรือรูปไข่อย่างที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน แต่มันยังไม่สิ้นสุดแค่นี้ ภายในกาแล็กซีต่าง ๆ ยังมีดาวฤกษ์เกิดขึ้นอยู่เรื่อย ๆ ตัวกาแล็กซีเองก็อาจชนกันหรือรวมกัน ทุกวันนี้ภายในกาแล็กซีทางช้างแผือกยังมีดาวฤกษ์จำนวนมากกำลังเกิดใหม่และ กำลังดึงกาแล็กซีเล็กๆข้างเคียงเข้ามา

ทำไมกำเนิดของเอกภพจึงเป็น BIG BANG (การระเบิดใหญ่)

 

ถ้าเอกภพกำลังขยายตัวก็แสดงว่าถ้าเราย้อนเวลากลับไปในอดีต เอกภพก็ต้องมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ ยิ่งย้อนเวลามากก็ยิ่งเล็กลง แล้วเมื่อเล็ก ลงอย่างที่สุดจะเกิดอะไรขึ้น เอกภพจะลดลงจนสลายไปหรือหวังว่าจะมีจุดหนึ่งที่เอกภพกำเนิด ไม่ว่าจะเป็นกรณีใดจะเห็นว่าเราจะต้องเกี่ยวข้องกับ การเริ่มของเอกภพทั้งนั้น ผู้แรกที่เริ่มศึกษาปัญหาเหล่านี้อย่างจริงจังคือนักฟิสิกส์ซึ่งเกิดที่รัส เซียชื่อ กามอฟ แต่ภายหลังอพยพไปอยู่อเมริกาในช่วง ปี 1948 ที่จริงกามอฟไม่ได้ตั้งใจที่จะคิดค้นเกี่ยวกับการเริ่มของเอกภพตั้งแต่ตอน แรก แต่ระหว่างที่เขากำลังคิดค้นเกี่ยวกับการเกิดของธาตุ เขาก็ได้ บรรลุถึงข้อสรุปว่า เอกภพจะต้องเกิดขึ้นด้วย BIG BANG
 สมมติฐานเอกภพบิกแบงของกามอฟ 

ตามทฤษฎีเอกภพของฟรีดมานน์ ซึ่งได้มาจากการประยุกต์ทฤษฎีสัมพัทธภาพจะบอกได้ว่า เอกภพมีจุดเริ่ม ซึ่งก็คือเงื่อนไขเบื้องต้นถึงทฤษฎี สัมพัทธภาพจะบอกไม่ได้ว่าเงื่อนไขข้างต้นนี้มาจากไหน แต่มันก็บอกให้เรารู้ว่า เอกภพเริ่มกำเนิดโดยมีเงื่อนไขเบื้องต้น แต่อย่างไรก็ตามทฤษฎีนี้ไม่ได้ บอกเราว่าเอกภพตอนเริ่มกำเนิดนั้นร้อนหรือเย็น แล้วทำไมกามอฟถึงคิดว่าเอกภพกำเนิดด้วยความร้อนสูง แต่เพื่อที่จะเข้าใจตรงนี้ก็ลองมาคิดกลับดู ว่าทำไมเอกภพที่เย็นจึงเป็นไปไม่ได้เช่นกัน ถึงแม้โลกจะมีธาตุมากมายหลายชนิด เมื่อดูทั้งเอกภพจะเห็นว่าเกือบทั้งหมดเป็นธาตุไฮโดรเจน เพราะว่า ไฮโดรเจนประกอบขึ้นจากโปรตอนและอิเลคตรอน เราก็จะบอกได้ว่าตอนที่เอกภพกำเนิดและมีขนาดเล็กมาก อิเลคตรอนจะรวมเข้าไปในโปรตอนกลาย เป็นนิวตรอน นั่นก็คือเอกภพที่เย็น ในช่วงแรกจะเต็มไปด้วยนิวตรอนและเมื่อเอกภพขยายตัวขึ้น นิวตรอนจะสลายตัวแบบเบต้า กลายเป็นโปรตอนและ อิเลคตรอน โปรตอนนั้นจะทำปฏิกิริยารวมตัวกับนิวตรอนกลายเป็นตัว ทีเรียม (ไฮโดรเจนหนัก) และดิวทีเรียมจะรวมตัวกับนิวตรอนเป็น ไตรเทียม ซึ่งจะสลายตัวแบบเบตา กลายเป็นฮีเลียม 3 และเมื่อนิวตรอนอีกตัวรวมกับฮีเลียม 3 ก็จะได้อะตอมฮีเลียม และปฏิกิริยานิวเคลียร์ก็จะเกิดต่อกันไป ธาตุหนักต่างๆ ก็จะเกิดขึ้นในเอกภพต่อๆ กันไปเช่นกัน แต่ในความเป็นจริงนั้นในเอกภพมีไฮโดรเจน 75% ฮีเลียม 24% และอีก 1% เป็นธาตุอื่นๆ นั่นก็คือเกือบทั้งหมดเป็นธาตุเบาสองธาตุ คือ ไฮโดรเจนและฮีเลียม ซึ่งขัดกับสมมติฐานของเอกภพเย็นข้างต้น เพราะฉะนั้นกามอฟจึงคิดว่าเพื่อให้ ขั้นตอนการเกิดธาตุหนักไม่ติดต่อกันไป จะต้องคิดว่าเอกภพเมื่อกำเนิดนั้นมีอุณหภูมิสูงมาก ถ้าเอกภพร้อนถึงจะเกิดปฏิกิริยารวมตัวกัน แต่เพราะร้อน กันออกอีกและก็อธิบายได้ว่าทำไมธาตุหนักจึงหยุดแค่ฮีเลียมเท่านั้น และนี่ก็คือที่มาของความคิดสมมติฐานเอกภพบิกแบงของกามอฟ โดยที่ขอเน้นว่า กามอฟไม่ได้บอกว่าบิกแบงเป็นต้นเหตุของการขยายตัวของเอกภพเลย เพียงแต่บอกว่าเพื่อที่จะอธิบายกำเนิด และปริมาณธาตุในเอกภพ เอกภพจะต้องเกิดด้วยบิกแบงเท่านั้น 

กำเนิดเอกภพ Part1

กำเนิดเอกภพ Part2