เอกภพ

 เอกภพ                                                                          

จากความรู้ ที่ว่าเอกภพกำลังขยายตัว ซึ่งมีข้อสนับสนุนจากการทดลอง เช่น ข้อมูลเกี่ยวกับเส้นสเปกตรัมของธาตุที่อยู่ในดาวฤกษ์และแกแลคซี่ ปรากฏว่าเลื่อนไปทางสีแดง แสดงถึงเป็นพวกที่มีความ ถี่ต่ำ เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า "การเลื่อนไปทางสีแดง" (Red shift) ข้อมูลนี้บอกให้เราทราบว่า ดาวฤกษ์ และแกแลคซี่นั้นกำลังเคลื่อนที่ออกจากเรา จากความจริงข้อนี้นักเอกภพวิทยาได้พยายามที่จะประมวลเข้ากับความรู้สาขาอื่น ๆ เพื่อนำมาอธิบายเกี่ยวกับธรรมชาติและคุณสมบัติของเอกภพ ทั้งที่เป็นอยู่ในอดีตปัจจุบัน และที่จะเปลี่ยนไปในอนาคต ในที่สุดได้มีผู้เสนอทฤษฎีการเกิดเอกภพที่มีคนเชื่อถือมากที่สุดสองทฤษฎี ด้วยกัน คือ

1. ทฤษฎีปังใหญ่ (Big-Bang Theory)

ดังที่ทราบกันว่าปัจจุบันเอกภพกำลังเคลื่อนที่ออกจาก กันตามลักษณะการขยายตัวของเอกภพ ทำให้เกิดมีข้อสงสัยว่าในอดีตเอกภพคงจะอยู่ใกล้กันหรือไม่ และเพราะเหตุใดเอกภพจึงเคลื่อนที่ออกจากกัน และเมื่อใดเอกภพจึงจะหยุดการขยายตัว เมื่อหยุดการขยายตัวแล้วเอกภพจะมีสภาพเป็นอย่างไร

เลอแมทร์ นักดาราศาสตร์ท่านหนึ่งได้ให้ความเห็นว่า ณ จุดหนึ่งในอดีตกาลทุกสรรพสิ่งแม้กระทั่งอากาศจะหดตัวอย่างแน่น บรรดาแกแลคซี่จะอยู่ในสภาวะที่รวมเป็นมวลเดียวกันและถือว่าจุด ๆ นี้เป็นวินาทีเริ่มต้นของเอกภพ จะเห็นว่าเลอแมทร์ถือว่าเอกภพจะต้องมีจุดเริ่มต้น และที่จุดๆ นี้สสารต่างๆ จะอัดกันแน่นเป็นทรงกลม ซึ่งเราเรียกว่า "อะตอมแรกเริ่ม" (primeval atom) ต่อมาเขาสมมุติว่าอะตอมเริ่มแรกจะระเบิดออกทุกทิศทาง และถือว่าเป็นการเริ่มต้นการขยายตัวของเอกภพ ดังนั้นจึงเรียกแนวคิดของเลอแมทร์ว่า "เอกภพระเบิด" (Exploding Universe) หรือ "ทฤษฎีปังใหญ่ หรือ ทฤษฎีบิก แบง" (Big-Bang Theory)

นักดาราศาสตร์อีกท่านที่สนับสนุนแนวความคิดนี้คือ จีกาโมว์ ซึ่งจากการศึกษาของเขาพบว่า อะตอมเริ่มแรกที่กำลังระเบิดจะมีอุณหภูมิสูงมาก ต่อมาอุณหภูมิจะลดลงอย่างรวดเร็วในขณะที่มีการขยายตัว จนในที่สุดเอกภพทั้งหมดตกอยู่ในห้วงแห่งความมืดและเงียบสงัด จนกระทั่งเวลาผ่านไประยะหนึ่งจะมี "โปรโตแกแลคซี" (Protogalaxy) เกิดขึ้น และเวลาผ่านไปอีกช่วงหนึ่งจึงเกิดมีดาวฤกษ์ขึ้นในแกแลคซี่ แสงสว่างเริ่มมีขึ้นในเอกภพนับแต่นี้ และดาวฤกษ์ดวงอื่นๆ ก็เริ่มเกิดและส่งแสงสว่างขึ้น มีผลทำให้เอกภพมีความสว่างดังที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน

2 ทฤษฎีสถานะคงตัว (Steady-State Theory)

เป็นอีกแนวคิดหนี่งที่ว่า สสารทุกอย่างในเอกภพเมื่อพิจารณาในภาพรวมจะยังคงเหมือนเดิมตลอดเวลา แสดงว่าแนวคิดนี้เห็นว่าเอกภพไม่มีจุด เริ่มต้นและจุดสุดท้าย อย่างไรก็ตามแนวคิดนี้ไม่ได้หมายความว่าเอกภพจะต้องอยู่นิ่ง ซึ่งแสดงว่าเอกภพจะต้องมีการเปลี่ยนไปตามกาลเวลา โดยการเปรียบถึงมวลของน้ำในแม่น้ำที่ไหลตลอดเวลา ความเร็วของสายน้ำอาจเปลี่ยนจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้ แต่ความเร็วของสายน้ำ ณ ตำแหน่งนั้นจะไม่เปลี่ยนไปตามกาลเวลา จึงถือได้ว่าน้ำในแม่น้ำนั้นอยู่ในสภาพสถานะคงตัว ซึ่ง เอซ บอนดี, ที โกลด์ และ เอฟฮอยล์ มีแนวความคิดคล้ายกันและได้ให้ทฤษฎีเกี่ยวกับเอกภพว่า "ทฤษฎีสถานะคงตัว" หมายถึงการที่ เอกภพมีการเปลี่ยนแปลงแบบค่อยเป็นค่อยไป ในขณะที่เอกภพกำลังขยายตัว ความหนาแน่นของมวล ณ บริเวณหนึ่งจะลดลง ขณะเดียวกันจะต้องมีสสารใหม่เกิดขึ้นในอัตราที่ทำให้ความหนาแน่น ณ บริเวณนั้นเหมือนเดิม ทั้งอัตราของสสารที่เพิ่มขึ้นแทนที่นั้นจะต้องอยู่ในระดับที่ไม่อาจตรวจพบ ได้ ตามหลัก การขยายของเอกภพบ่งว่า ขณะที่ส่วนละเอียดของเอกภพกำลังค่อยๆ ดำเนินไปตามกาลเวลา โครงสร้างใหญ่ของเอกภพจะยังปรากฏเหมือนเดิมอยู่ตลอดเวลา เช่น กลุ่มแกแลคซี่ของเราหรืออาจเรียกว่า "กลุ่มท้องถิ่น" (Local group) ย่อมเหมือนเดิมตลอดเวลาไม่ว่าในอดีต ปัจจุบัน หรืออนาคต

ทฤษฎีทั้งสองนี้มีคนเชื่อถือไม่ยิ่งหย่อนกว่ากัน ดังนั้นจึงต้องอาศัยหลักฐาน ข้อมูลต่างๆ มาสนับ สนุน เช่น กฏหรือการค้นพบหลักฐานใหม่ อาทิ กฏของฮับเบิล (Hubble's Law) ซึ่งกล่าวว่า "แกแลคซี่ที่ยิ่งอยู่ไกลจากโลกก็ยิ่งมีอัตราเร่งหนี จากโลกเรามากขึ้น และระยะห่างของแกแลคซี่ยังเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราเร่งที่แกแลคซี่วิ่งออก จากเราด้วย" กฎดังกล่าวสืบเนื่องมาจากความจริงที่ว่า แสงประกอบด้วยคลื่นเช่นเดียวกับคลื่นเสียง ซึ่งปรากฏการณ์หนึ่งของคลื่นเสียงคือ "Doppler effect" เป็นเหตุผลหนึ่งที่นำมาใช้อธิบายความหมายของสีดาวที่ มองเห็น กล่าวคือ ความถี่ของแสงที่ส่งออกมาจากดาว ถ้าสังเกตุจากโลกจะพบว่า พวกที่มีความถี่สูงมากจะให้แสงสีม่วง แต่ถ้าเป็นพวกที่มีความถี่ต่ำจะให้แสงสีแดง เป็นที่น่าสังเกตุว่าดาวต่างๆ มักจะให้คลื่นแสงไปทางสีแดง และจำนวนคลื่นแสงสีแดงจะเพิ่มขึ้นเมื่อห่างไปจากโลก ดังนั้นกฎของฮับเบิลนี้จึงเป็นข้อสนับสนุนทฤษฎีปังใหญ่ได้ดี นักดาราศาสตร์ได้สรุปว่าการขยายตัวของเอกภพคาดว่าเริ่มมาประมาณ 10 พันล้านปีมาแล้ว

ต่อมาในปี พ.ศ.2508 นักดาราศาสตร์ได้พยายามพิสูจน์หาส่วนของรังสีที่เหลือจากการระเบิด ของอะตอมแรกเริ่มตามแนวคิดของ จี กาโมว์ ที่ว่าเมื่อส่วนที่เกิดจากการระเบิดแรกเริ่มเมื่อเริ่มเย็นตัวลงจะให้รังสีในเอกภพที่อุณหภูมิราว 3 เคลวิน (1 Kelvin = -459ฐ F) ซึ่ง เอ เพนเซียส และ อาร์ วิลสัน ได้ตรวจพบรังสีที่มีการรบกวนอย่างคงตัวได้ค่า 2.7 เคลวินซึ่งในปีเดียวกันนี้ เอฟ ฮอยล์ ได้ประกาศล้มเลิกทฤษฎีสถานะคงตัวของตน

เหตุผลอีกประการหนึ่งที่สนับสนุนทฤษฎีปังใหญ่ก็คือ การค้นพบเควซาร์ (Quasar) ซึ่งมีทั้งขนาดใหญ่เท่าแกแลคซี่และขนาดที่เล็กกว่า แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดคือ เควซาร์มีอัตราเร่งสูงถึงประมาณ 0.8 เท่าของอัตราเร็วของ แสง เป็นความเร็วที่คำนวณได้จากการเคลื่อนที่ออกจากคลื่นแสงสีแดงของเส้น สเปกตรัม

แกแลคซี่ หมายถึงส่วนของเอกภพที่ประกอบด้วยกลุ่มดาวฤกษ์ กระจุกดาว เนบิวลา ฝุ่นธุลี คอสมิค และที่ว่าง ซึ่งประกอบด้วยสารต่างๆ พลังงานและการแผ่รังสีที่ปรากฏอยู่ในอวกาศจักรวาลเป็นสิ่งที่วัดไม่ได้ และยังไม่มีใครรู้ขอบเขตที่แน่นอน ระบบสุริยะซึ่งรวมโลกเราอยู่ด้วยนี้เป็นเพียงธุลีหนึ่งในจักรวาล ดวงอาทิตย์ของระบบสุริยะเป็นเพียงดาวฤกษ์ดวงหนึ่งในจำนวนกว่าแสนล้านดวงที่ ประกอบกันเป็นกาแลกซี่ใหญ่ ที่เรียกว่า "ทางช้างเผือก" ซึ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 100,000 ปีแสง (หนึ่งปีแสงคือระยะทางที่แสงเดินทางในหนึ่งปี คือ ประมาณ 9,460,530 ล้านกิโลเมตร) จักรวาลประกอบด้วยกาแลกซี่ เช่น กาแลกซี่ทางช้างเผือกจำนวนมากมายมหาศาล

แกแลคซี่มีรูปร่างแตกต่างกัน ซึ่งจากการศึกษาของฮับเบิลพบว่าสามารถจัดออกเป็นกลุ่มได้ดังนี้
1) แกแลคซี่รูปไข่หรือทรงรี (Elliptical Galaxy),
2) แกแลคซี่รูปกังหัน (Spiral Galaxy) ซึ่งยังแบ่งออกเป็น
                2.1) แกแลคซี่รูปกังหันปรกติ (Normal spiral galaxy)
                2.2) แกแลคซี่รูปกังหันมีแขน (Barred spiral galaxy)
3) แกแลคซี่ที่มีรูปร่างไม่แน่นอน (Irregular Galaxy)

การที่แกแลคซี่มีรูปร่างต่างๆ กัน เนื่องจากแรงเหวี่ยงจากการหมุนรอบตัวเอง ทำให้มีรูปทรงไม่เป็นทรงกลมทีเดียวจะมีลักษณะแบนที่ขั้วทั้งสองเล็กน้อย

โดยทั่วไปนักดาราศาสตร์เรียกแกแลคซี่ที่เราอาศัยอยู่นี้ว่า "แกแลคซี่ทางช้างเผือก (Milky Way Galaxy) หรือ แกแลคซี่ของเรา (Our Galaxy) ส่วนแกแลคซี่อื่นๆ มักเรียกรวมกันว่า "แกแลคซี่ภายนอก (Exterior Galaxy) หรือ เนบิวลานอกแกแลคซี่ (Extragalactic Nebula)

ปัจจุบันทราบว่า แกแลคซี่ทางช้างเผือกเป็นระบบที่แบนมาก คือมีความหนาน้อยกว่าความกว้าง แกแลคซี่ของเรานี้ประกอบด้วยดาวฤกษ์ประมาณแสนล้านดวง ก๊าซและฝุ่นคอสมิคมีมากพอที่จะทำให้เกิดดาวฤกษ์ได้อีกหลายพันล้านดวงจากการ ศึกษาพบว่า แกแลคซี่ทางช้างเผือกกำลังหมุนรอบศูนย์กลางของตัวเอง ดังนั้นมวลสารต่างๆ ในแกแลคซี่จึงเคลื่อนที่วนตามไปด้วย ถ้าเราดูการหมุนจากด้านบนจะพบว่าแกแลคซี่ของเราหมุนตามเข็มนาฬิกา โดยบริเวณใกล้ศูนย์กลางจะมีลักษณะเกือบเป็นทรงกลม อาจมีอัตราการหมุนอย่างสม่ำเสมอ บรรดาดาวฤกษ์ที่อยู่ในส่วนที่แบนจะมีการเคลื่อนที่เนื่องจากการหมุนตามระยะ ที่อยู่ห่างจากศูนย์กลาง ในจักรวาลประกอบด้วยกาแลกซี่อื่นๆ มากมาย มีทั้งขนาดใหญ่และเล็ก เนบิวลาแอนโครมีดา เป็นกาแลกซี่ที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดคือประมาณ 1,900,000 ปีแสง

แกแลคซี่อื่นๆ มีจำนวนมากมายอาจจะมีมากถึงล้านล้านแกแลคซี่หรือมากกว่านี้ ถึงแม้ว่าเอกภพจะมีแกแลคซี่เป็นจำนวนอนันต์ แต่เราสามารถจัดเป็นกลุ่มได้ 3 กลุ่มใหญ่ตามการศึกษาของฮับเบิล คือ แกแลคซี่รูปไข่ แกแลคซี่รูปกังหัน และ แกแลคซี่รูปไม่แน่นอน