ใบความรู้ เรื่อง วิวัฒนาการเอกภพ และหลักฐานสนับสนุนทฤษฏีบิกแบง

1

2

บทที่ 1 : เอกภพและกาแล็กซี










1.1 ก าเนิดและวิวัฒนาการของเอกภพ



















http://www.nasaimages.org/




เอกภพ (universe) คืออะไร มาจากไหน ก าเนิดมาอย่างไร


ก าเนิดมานานเท่าใดแล้ว เป็นเรื่องที่มนุษย์อยากทราบและค้นคว้า


หาค าตอบ ณ ปัจจุบันมีหลักฐานที่แสดงว่าเอกภพก าลังขยาย

ใหญ่ขึ้นทุกวินาที หากเราสามารถย้อนเวลากลับไปในอดีต ก็จะไป


ถึงจุดๆ หนึ่งที่เป็นจุดเริ่มต้นของเอกภพที่เรียกว่า


บิกแบง (Big Bang) และถ้านักดาราศาสตร์ค านวณอัตราการ

ขยายตัวของเอกภพได้ถูกต้องก็จะพบว่าเอกภพก าเนิดมาแล้วเมื่อ


ประมาณ 13,700 ล้านปี

3

ก าเนิดเอกภพเริ่มนับจากจุดที่เรียกว่า " บิกแบง (BigBang) "


บิกแบง เป็นชื่อที่ใช้เรียกทฤษฎีก าเนิดเอกภพทฤษฎีหนึ่ง ปัจจุบัน

บิกแบงเป็นที่ยอมรับมากขึ้น เพราะมีปรากฏการณ์หลายอย่างที่


สอดคล้อง หรือเป็นไปตามทฤษฎีบิกแบง ก่อนการเกิดบิ

กแบง เอกภพเป็นพลังงานล้วนๆ ภายใต้อุณหภูมิที่สูงยิ่ง จุดบิ


กแบงจึงเป็นจุดที่พลังงานเริ่มเปลี่ยนเป็นสสารครั้งแรก เป็น


จุดเริ่มต้นของเวลาและเอกภพ




ปัจจุบันเอกภพประกอบด้วยกาแล็กซีจ านวนเป็นแสนล้าน


แห่ง ระหว่างกาแล็กซีเป็นอวกาศที่เวิ้งว้างกว้างไกล เอกภพจึงมี


ขนาดใหญ่มาก โดยมีรัศมีไม่น้อยกว่า 15,000 ล้านปีแสง และมี

อายุประมาณ 15,000 ล้านปีแสง ภายในกาแล็กซีแต่ละแห่ง


ประกอบด้วยดาวฤกษ์จ านวนมาก รวมทั้งแหล่งก าเนิดดาวฤกษ์ที่


เรียกว่า เนบิวลา และที่ว่าง โลกของเราเป็นดาวเคราะห์ดวงหนึ่ง

ในระบบสุริยะ ซึ่งเป็นสมาชิกหนึ่งของกาแล็กซีของเรา





บิกแบงเป็นทฤษฎีที่อธิบายถึงการระเบิดใหญ่ที่ท าให้พลังงาน

ส่วนหนึ่งเปลี่ยนเป็นเนื้อสาร มีวิวัฒนาการต่อเนื่องจนเกิดเป็น


กาแล็กซี เนบิวลา ดาวฤกษ์ ระบบสุริยะ โลก ดวงจันทร์ มนุษย์


และสิ่งมีชีวิตต่างๆ

4

ขณะเกิดบิกแบง มีเนื้อสารเกิดขึ้นในรูปของอนุภาคพื้นฐาน


ชื่อ ควาร์ก (Quark) อิเล็กตรอน (Electron) นิวทริโน

(Neutrino) และโฟตอน (Photon) ซึ่งเป็นพลังงาน เมื่อเกิด


อนุภาคก็จะเกิดปฏิอนุภาค (Anti-particle) ที่มีประจุไฟฟ้า

ตรงกันข้าม ยกเว้นนิวทริโนและแอนตินิวทริโน ไม่มีประจุไฟฟ้า


เมื่อปฏิอนุภาคพบกับอนุภาคชนิดเดียวกัน จะหลอมรวมกันเนื้อ


สารเปลี่ยนไปเป็นพลังงานจนหมดสิ้น ถ้าเอกภพมีจ านวนอนุภาค


เท่ากับปฏิอนุภาคพอดี เมื่อพบกันจะกลายเป็นพลังงาน

ทั้งหมด ก็จะไม่เกิดกาแล็กซี ดาวฤกษ์และระบบสุริยะ โชคดีที่


ในธรรมชาติ มีอนุภาคมากกว่าปฏิอนุภาค ดังนั้นเมื่อปฏิอนุภาค


พบอนุภาค นอกจากจะได้พลังงานเกิดขึ้นแล้ว ยังมีอนุภาค

เหลืออยู่ และนี่คืออนุภาคก่อก าเนิดเป็นสสารของเอกภพใน


ปัจจุบัน




-6
หลังบิกแบงเพียง 10 วินาที อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็น

สิบล้านล้านเคลวิน ท าให้ควาร์กเกิดการรวมตัวกันเป็นโปรตอน


(นิวเคลียสของไฮโดรเจน) และนิวตรอน




หลังบิกแบง 3 นาที อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็นร้อยล้าน


เคลวิน มีผลให้โปรตรตอนและนิวตรอนเกิดการรวมตัวเป็น

นิวเคลียสของฮีเลียม ในช่วงแรกๆนี้ เอกภพขยายตัวอย่างเร็วมาก

5

หลังบิกแบง 300,000 ปี อุณหภูมิลดลงเหลือ 10,000 เคลวิน


นิวเคลียสของไฮโดรเจนและฮีเลียมดึงอิเล็กตรอนเข้ามาอยู่ในวง

โคจร เกิดเป็นอะตอมไฮโดรเจนและฮีเลียมตามล าดับ




กาแล็กซีต่างๆ เกิดหลักบิกแบงอย่างน้อย 1,000 ล้านปี


ภายในกาแล็กซีมีธาตุไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นสารเบื้องต้นซึ่ง


ก่อก าเนิดเป็นดาวฤกษ์รุ่นแรกๆ ส่วนธาตุต่างๆที่มีมวลมากกว่า


ฮีเลียมเกิดจากดาวฤกษ์ขนาดใหญ่

6






บิกแบงและวิวัฒนาการของเอกภพ










































































http://talklikeaphysicist.com

7









1.2 หลักฐานที่สนับสนุน


ทฤษฎีบิกแบง







ข้อสังเกตที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง ปรากฏการณ์อย่าง


น้อย 2 อย่าง ที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง ได้แก่





1. การขยายตัวของเอกภพ โดย แอดวิน พาวเวล ฮับเบิล

(Edwin Powel Hubble)

8




นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันค้นพบว่า กาแล็กซีเคลื่อนที่ไกล

ออกไปด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นตามระยะห่าง กาแล็กซีที่อยู่ไกลยิ่ง


เคลื่อนที่ห่างออกไปเร็วกว่ากาแล็กซีที่อยู่ใกล้ นั่นคือ เอกภพก าลัง

ขยายตัวจากความเข้าใจในเรื่องนี้ท าให้นักดาราศาสตร์สามารถ


ค านวณอายุของเอกภพได้ จนกระทั่งในปีพ.ศ.2473 ( . ศ .
ค

ื่
1929) นั ก ด า ร า ศ า ส ต ร์ ช า ว อ เ ม ริ กั น ช อ เ อ็ ด

วิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) ได้ค้นพบข้อมูลส าคัญที่พลิก

แบบจ าลองที่เคยเชอถือกันมา ในสมัยนั้นนักดาราศาสตร์เพิ่งค้น
ื่

พบว่า เอกภพไม่ได้ประกอบดาวฤกษ์ที่อยู่อย่างกระจัด


กระจาย แต่ดาวฤกษ์เหล่านั้นได้อยู่รวมกันเป็น

กลุ่มๆ เรียกว่า กาแล็กซี (galaxy) แม้แต่ระบบสุริยะของเราก็ยัง


ื่
เป็นสมาชกหนึ่งในกาแล็กซีรูปกังหันที่ชอ กาแล็กซีทาง
ิ
้
ชางเผือก (Milkyway Galaxy) ถ้ามองออกไปนอกกาแล็กซีของ
เรา ก็ยังพบกาแล็กซีอื่นๆอีกมากมายกระจัดกระจายไปทั่วเอก


ภพ และฮับเบิลได้เป็นคนแรกที่ค้นพบว่ากาแล็กซีต่างๆที่อยู่ห่าง


จากกาแล็กซีทางชางเผือกออกไปนั้น เคลื่อนที่วิ่งออกห่างจาก
้
้
กาแล็กซีทางชางเผือกออกไปเรื่อย ๆ จากการศึกษาแถบสเปกตรัม

ของกาแล็กซีอื่น ๆ โดยดูผลเนื่องจากปรากฏการการเลื่อนไปทางสี


แดงของดอปเปลอร์ ( Doppler \' s redshift ) เขาพบว่า ยิ่งเป็น

กาแล็กซีที่อยู่ห่างเราไปมาก ก็ยิ่งวิ่งห่างออกจากเราไปเร็วขึ้น นั่น


คือความเร็วของกาแล็กซีที่สังเกตการณ์จะแปรผันตรงกับระยะจาก


เราถึงกาแล็กซีนั้น แสดงให้เห็นว่าเอกภพไม่ได้คงตัวแต่มีการ

ขยายตัวเรื่อย ๆ

9

2. อุณหภูมิพื้นหลังอวกาศซึ่งปัจจุบันลดลงเหลือ


2.73 เคลวิน
















































ภาพถ่ายของเพนเซียสและวิลสัน ซึ่งได้ค้นพบแหล่งก าเนิดคลื่น


ไมโครเวฟจากทั่วทุกทิศ

10


















































เครื่องวัดคลื่นวิทยุที่ห้องทดลองเบลล์ (Bell Labs) ที่รัฐนิว


เจอร์ซี่ย์ ประเทศสหรัฐอเมริกา

11

รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (Cosmic Microwave


Background: CMB) ถูกพบโดยบังเอิญในปี 1965 ด ย Arno
โ
Penzias และ Robert Wilson นักดาราศาสตร์วิทยุชาวอเมริกัน


ในขณะก าลังพยายามปรับเทียบเสารับส่งสัญญาน (antenna) ชนิด

ใหม่ของเครื่องวัดคลื่นวิทยุที่ห้องทดลองเบลล์ (Bell Labs) ที่นิว


เจอร์ซี่ย์ สหรัฐ ซึ่งพวกเขาตั้งใจจะใชในการค้นหาคลื่นวิทยุในกา
้

้
้
แล็กซี่ทางชางเผือก (Milky Way Galaxy) ในการใชเครื่องมือครั้ง
แรก พวกเขาได้ยินคลื่นเสียงรบกวน “humming sound” และรู้สึก

งงงวยกับเสียงที่เครื่องรับเข้ามา ในไม่ชาพวกเขาก็ตระหนักว่าคลื่น
้

เสียงรบกวนนี้มาจากจากทุกทิศทุกทางของท้องฟ้าอย่างสม่ าเสมอ


ทั้งกลางวันและกลางคืนตลอดทั้งปี และมีขนาดของคลื่นเท่ากันทุก

ทิศทุกทาง หรือที่เรียกว่ามีคุณสมบัติแบบ isotropic ซึ่งคลื่นเสียง


รบกวนนี้มันไม่มีความสัมพันธ์กับดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์ หรือดาว


เคราะห์ใดๆ ในที่สุดพวกเขาสรุปว่ามันมาจากอวกาศนอกกาแล็กซี่

ของเรา และเครื่องมือของพวกเขาวัดอุณหภูมิของคลื่นสัญญาณ


รบกวนที่เสาอากาศได้ 3.5 เคลวิน (-270 องศาเซลเซียส)


ขณะนั้นมีทีมนักวิจัยทางฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน ซึ่งห่าง

จากห้องทดลองแล็บส์เพียง 30 ไมล์ ได้คาดการณ์การมีอยู่ของรังสีนี้


โดยคิดว่าหากจักรวาลถูกสร้างขึ้นจากการระเบิดอย่างรุนแรงตาม


ทฤษฎีบิกแบง รังสีไมโครเวฟพื้นหลังที่เกิดขึ้นในจักรวาลยุคต้นน่าจะ

ยังคงหลงเหลืออยู่จักรวาล ณ เวลาปัจจุบันนี้ และพวกเขาก าลัง


ค้นหารังสีนี้อยู่ เมื่อ Penzias และ Wilson ติดต่อมา เขาจึงได้รีบรุด


ไปที่ห้องทดลองแล็บส์ และยืนยันว่าสัญญานคลื่นเสียงรบกวนลึกลับ

นี้เป็นรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล

12




ซึ่งเป็นหลักฐานที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง และการค้นพบนี้ท า

ให้ทฤษฎีบิกแบงได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในหมู่


นักวิทยาศาสตร์ตั้งแต่นั้นมา ท าให้ Arno Penzias และ Robert

Wilson ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1978


ดังนั้นการพบพลังงานจากทุกทิศในปริมาณที่เทียบได้กับ


พลังงานการแผ่รังสีของวัตถุด าที่ประมาณ 2.73 เคลวิน จึงเป็นอีก


ข้อหนึ่งที่สนับสนุน ทฤษฎีบิกแบงได้เป็นอย่างดี