ประวัติการศึกษาการกำเนิดของเอกภพ

ประวัติการศึกษาการกำเนิดของเอกภพ

 

เริ่มจากไอน์สไตน์

                เราอาจกล่าวได้ว่าการศึกษาเอกภพปัจจุบันนั้นมีต้นกำเนิดรากฐานมาจาก ทฤษฎีสัมพัทธภาพ ของ ไอน์สไตน์ ไอน์สไตน์เป็นผู้ที่ทำให้เกิดการศึกษาเกี่ยวกับเอกภพนั้นเป็นวิทยาศาสตร์ แทนที่จะเป็นเพียงความเชื่อหรือศาสนา ซึ่งก่อนหน้านั้นเรามักจะคิดเพียงว่าเอกภพเป็นสถานที่ให้ดาวและกาแลกซี่อยู่ ไม่ได้เป็นจุดสำคัญของการศึกษาค้นคว้า ในปี 1917 ไอน์สไตน์ได้ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพในการศึกษาเกี่ยวกับเอกภพ ที่จริงในปี 1917 เป็นเพียงปีเดียวให้หลังจากที่เขาประกาศทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขาเท่านั้น ซึ่งแสดงว่าเขาเริ่มสนใจการศึกษาเอกภพทันที่ที่ทฤษฎีของเขาเสร็จนั่นเอง เขาคงอยากรู้เกี่ยวกับเอกภพอย่างแรงกล้าอยู่แล้วและอาจกล่าวได้ว่า เพราะความอยากรู้เกี่ยวกับเอกภพจึงทำให้เขาสามารถค้นพบและสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพได้ ในตอนแรกๆ ไอน์สไตน์ได้ใช้ทฤษฎีของเขากับโมเดลเอกภพที่หยุดนิ่ง สม่ำเสมอ เหมือนกันทุกทิศทาง ซึ่งก็คือโมเดลของเอกภพปิด สม่ำเสมอและเหมือนกันทุกทิศทาง ซึ่งหมายความว่าถ้าดูในบริเวณแคบๆ ของเอกภพอาจจะมีโลก มีดาวเสาร์ ฯลฯ แต่เมื่อดูในวงกว้างขวางแล้ว ไม่ว่าจะมองไปทิศทางไหน เอกภพจะเหมือนกันทั้งหมด ไม่มีที่ไหนที่จะพิเศษกว่าที่อื่น ปัจจุบันเราเรียกความคิดนี้ว่า กฎของเอกภพ ซึ่งเป็นความคิดพื้นฐานอันหนึ่งในการศึกษาเอกภพในปัจจุบัน แล้วผลของการคำนวณปรากฏออกมาตรงกันข้ามกับที่คาดไว้ ไอน์สไตน์พบว่าตามโมเดลเอกภพที่ปิดนี้ เอกภพจะหดตัว แทนที่จะหยุดนิ่งอย่างที่คิดไว้ ซึ่งที่จริงแล้วนี่เป็นสิ่งที่พอคาดคะเนได้ เพราะทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์นั้น ที่จริงก็คือการขยายทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตัน ถ้าในเอกภพมีมวลสารอยู่อย่างสม่ำเสมอ มันจะดึงดูดซึ่งกันและกันเข้าหากัน ซึ่งก็คือเอกภพจะหดตัวนั่นเอง

ตามทฤษฎีเอกภพของไอน์สไตน์ เอกภพไม่มีกำเนิด

         เอกภพจะหดตัวและสลายไปไม่ได้ เพราะสมัยนั้นเชื่อกันว่า เอกภพเป็นสิ่งที่มีมาแต่ดึกดำบรรพ์และจะยั่งยืนตลอดไปในอนาคต ไอน์สไตน์เองก็เชื่อเช่นนั้น แต่เพื่อแก้ปัญหานี้ ไอน์สไตน์ได้เพิ่มตัวแปรเอกภพเข้าไปในทฤษฎีของเขา โดยหวังว่ามันจะช่วยให้ผลทางทฤษฎีที่ออกมาจะไม่ทำให้เอกภพหดตัว เพราะตัวแปรเอกภพที่จะทำให้เกิดแรงต้านแรงโน้มถ่วงต่อแรงโน้มถ่วงของนิวตันและสมดุลกันไม่ให้เอกภพหดตัว แต่ไอน์สไตน์เพิ่มตัวแปรเอกภพนี้เข้าไปในทฤษฎีโดยที่เป็นเทคนิคทางทฤษฎีเท่านั้น และนี่ก็คือทฤษฎีโมเดลเอกภพหยุดนิ่ง ซึ่งไอน์สไตน์ประกาศในปี 1917 และเป็นทฤษฎีที่เอกภพจะไม่ขยาย จะไม่หด แต่จะคงที่ ตามทฤษฎีเอกภพนี้เอกภพจะมีตั้งแต่ดึกดำบรรพ์และจะยั่งยืนต่อไปในอนาคต เพราะฉะนั้นจึงไม่จำเป็นต้องคิดถึงกำเนิดของเอกภพ นั่นก็คือทฤษฎีอันแรกเกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพก็คือทฤษฎีของของไอน์สไตน์ที่ว่าเอกภพไม่มีกำเนิด แต่ในปี 1922 นักคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ทฤษฎีชาวรัสเชียชื่อ ฟรีดมานน์ ได้คำนวณเกี่ยวกับเอกภพโดยใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ พบว่าเอกภพจะไม่คงที่ แต่จะต้องขยายหรือไม่ก็หด อย่างใดอย่างหนึ่ง นั่นก็คือเขาได้แสดงให้เห็นว่า เมื่อใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพคำนวณเกี่ยวกับเอกภพที่เปลี่ยนแปลง ไม่ใช่เอกภพที่หยุดนิ่งและในปี 1929 นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ชาวอเมริกันชื่อ ฮับเบิล ได้สำรวจด้วยกล้องโทรทัศน์ที่หอดาราศาสตร์วิลสันแห่งแคลิฟอร์เนียพบว่า เอกภพนั้นกำลังขยายตัวไม่ได้หยุดนิ่ง

 

 

ทำไมกำเนิดของเอกภพจึงเป็น BIG BANG (การระเบิดใหญ่)

         ถ้าเอกภพกำลังขยายตัวก็แสดงว่าถ้าเราย้อนเวลากลับไปในอดีต เอกภพก็ต้องมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ ยิ่งย้อนเวลามากก็ยิ่งเล็กลง แล้วเมื่อเล็กลงอย่างที่สุดจะเกิดอะไรขึ้น เอกภพจะลดลงจนสลายไปหรือหวังว่าจะมีจุดหนึ่งที่เอกภพกำเนิด ไม่ว่าจะเป็นกรณีใดจะเห็นว่าเราจะต้องเกี่ยวข้องกับการเริ่มของเอกภพทั้งนั้น ผู้แรกที่เริ่มศึกษาปัญหาเหล่านี้อย่างจริงจังคือนักฟิสิกส์ซึ่งเกิดที่รัสเซียชื่อ กามอฟ แต่ภายหลังอพยพไปอยู่อเมริกาในช่วงปี 1948 ที่จริงกามอฟไม่ได้ตั้งใจที่จะคิดค้นเกี่ยวกับการเริ่มของเอกภพตั้งแต่ตอนแรก แต่ระหว่างที่เขากำลังคิดค้นเกี่ยวกับการเกิดของธาตุ เขาก็ได้บรรลุถึงข้อสรุปว่า เอกภพจะต้องเกิดขึ้นด้วย BIG BANG

 

 

 

สมมติฐานเอกภพบิกแบงของกามอฟ

 

          ตามทฤษฎีเอกภพของฟรีดมานน์ ซึ่งได้มาจากการประยุกต์ทฤษฎีสัมพัทธภาพจะบอกได้ว่า เอกภพมีจุดเริ่ม ซึ่งก็คือเงื่อนไขเบื้องต้นถึงทฤษฎีสัมพัทธภาพจะบอกไม่ได้ว่าเงื่อนไขข้างต้นนี้มาจากไหน แต่มันก็บอกให้เรารู้ว่า เอกภพเริ่มกำเนิดโดยมีเงื่อนไขเบื้องต้น แต่อย่างไรก็ตามทฤษฎีนี้ไม่ได้บอกเราว่าเอกภพตอนเริ่มกำเนิดนั้นร้อนหรือเย็น แล้วทำไมกามอฟถึงคิดว่าเอกภพกำเนิดด้วยความร้อนสูง แต่เพื่อที่จะเข้าใจตรงนี้ก็ลองมาคิดกลับดูว่าทำไมเอกภพที่เย็นจึงเป็นไปไม่ได้เช่นกัน ถึงแม้โลกจะมีธาตุมากมายหลายชนิด เมื่อดูทั้งเอกภพจะเห็นว่าเกือบทั้งหมดเป็นธาตุไฮโดรเจน เพราะว่าไฮโดรเจนประกอบขึ้นจากโปรตอนและอิเลคตรอน เราก็จะบอกได้ว่าตอนที่เอกภพกำเนิดและมีขนาดเล็กมาก อิเลคตรอนจะรวมเข้าไปในโปรตอนกลายเป็นนิวตรอน นั่นก็คือเอกภพที่เย็น ในช่วงแรกจะเต็มไปด้วยนิวตรอนและเมื่อเอกภพขยายตัวขึ้น นิวตรอนจะสลายตัวแบบเบต้า กลายเป็นโปรตอนและอิเลคตรอน 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 เพราะฉะนั้นกามอฟจึงคิดว่าเพื่อให้ขั้นตอนการเกิดธาตุหนักไม่ติดต่อกันไป จะต้องคิดว่าเอกภพเมื่อกำเนิดนั้นมีอุณหภูมิสูงมาก ถ้าเอกภพร้อนถึงจะเกิดปฏิกิริยารวมตัวกัน แต่เพราะร้อนกันออกอีกและก็อธิบายได้ว่าทำไมธาตุหนักจึงหยุดแค่ฮีเลียมเท่านั้น และนี่ก็คือที่มาของความคิดสมมติฐานเอกภพบิกแบงของกามอฟ โดยที่ขอเน้นว่ากามอฟไม่ได้บอกว่าบิกแบงเป็นต้นเหตุของการขยายตัวของเอกภพเลย เพียงแต่บอกว่าเพื่อที่จะอธิบายกำเนิดและปริมาณธาตุในเอกภพ เอกภพจะต้องเกิดด้วยบิกแบงเท่านั้น

 

เอกภพบิกแบงได้กลายเป็นโมเดลมาตรฐานของเอกภพ

         เมื่อกามอฟประกาศทฤษฎีอันนี้ เขาได้พยากรณ์สิ่งที่น่าสนใจไว้สิ่งหนึ่งซึ่งบอกว่าถ้าเอกภพเกิดขึ้นจากบิกแบงที่ร้อนมากๆ จะต้องมีร่องรอยของมันเหลือปรากฏอยู่ในเอกภพปัจจุบัน ร่องรอยที่ว่านั้นคืออะไร ถ้าเอกภพเย็นลงเมื่อขยายตัว แสดงว่าแสงที่อยู่ในเอกภพตอนบิกแบงนั้นก็ต้องเหลืออยู่ในเอกภพปัจจุบันด้วย โดยที่แสงนั้นเมื่อเย็นลงความยาวคลื่นจะยาวขึ้น และกามอฟคำนวณว่าแสงที่อยู่ในเอภพบิกแบงนั้นปัจจุบันจะมีความยาวคลื่นในเขตไมโครเวฟซึ่งเทียบกับอุณหภูมิได้ 7 องศาสมบูรณ์ (เคลวิน) แต่ในช่วงนั้นนักวิทยาศาสตร์ที่สนใจเกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพมีไม่มาก และทฤษฎีการทำนายของกามอฟนี้แทบไม่ได้รับความสนใจเท่าไรเลย แต่เมื่อปี 1964 นักวิจัยชาวอเมริกัน 2 คน ชื่อ เพนเซียสและวินสัน ได้ค้นพบโดยบังเอิญว่าเอกภพนี้เต็มไปด้วยคลื่นไมโครเวฟขนาด 3 เคลวิน ซึ่งอยู่ทุกหนแห่งและทุกทิศทางอย่างสม่ำเสมอ และนี่ก็คือร่องรอยของบิกแบงตามที่กามอฟได้พยากรณ์ไว้นั่นเอง และในที่สุดเอกภพบิกแบงก็ได้เป็นที่ยอมรับกันและโมเดลนี้ก็ได้เป็นโมเดลมาตรฐานในการศึกษาค้นคว้าเกี่ยวกับเอกภพในเวลาต่อมา โมเดลอื่นๆ เช่น เอกภพที่ไม่มีจุดกำเนิดของไอน์สไตน์เป็นอันต้องตกกระป๋องไป

 

 

แล้วเราจะเริ่มเกี่ยวกับการเริ่มของเอกภพอย่างไร

    

 

   จนถึงจุดนี้ว่าไปแล้วก็เป็นเพียงครึ่งแรกเกี่ยวกับปัญหากำเนิดของเอกภพ จากทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ การพบว่าเอกภพขยายตัวของฮับเบิ้ลและการค้นพบแสงร่องรอยของบิกแบง ตามคำพยากรณ์ของกามอฟ ซึ่งก็คือ 1 ทฤษฎี กับ 2 การค้นพบทำให้เรารู้ว่าเอกภพนั้นมีจุดเริ่มนั่นเอง แต่นี่ไม่ใช่จุดสิ้นสุดของปัญหาเกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพเริ่มมาอย่างไร เพราะอะไร ฯลฯ ยังมีปัญหาอย่างมากมายที่ต้องทำให้กระจ่าง โมเดลเอกภพที่สั่นนี้เราอาจจะชอบเพราะมันให้ความรู้สึกว่าเอกภพนั้นจะยั่งยืนอยู่ตลอดไป แต่ ฮอว์คิงและเพนโรส ได้พิสูจน์ให้เห็นในเวลาต่อมาว่าโมเดลนี้ไม่มีทางเป็นไปได้

 

พระเจ้าเท่านั้นหรือที่รู้ว่าเอกภพมีกำเนิดอย่างไร

         ฮอร์คิงและเพนโรสได้พิสูจน์ว่า ตราบใดที่คำนวณตามทฤษฎีสัมพัทธภาพตอนที่เอกภพกำเนิดนั้นอุณหภูมิและความหนาแน่นของเอกภพจะเป็นอนันต์ทั้งคู่ เพราะตามทฤษฎีจะมีจุดซิงกูลาริตีขึ้นมา ซึ่งจะทำให้เราไม่สามารถคำนวณอย่างต่อเนื่องได้ว่าก่อนหน้านั้นเป็นมาอย่างไร เราจะรู้ได้ก็เฉพาะหลังจากนั้นเท่านั้น และเพราะโมเดลเอกภพที่สั่นก็มีพื้นฐานมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพ เพราะฉะนั้นจะมีปัญหาของจุดซิงกูลาริตีติดอยู่เช่นกัน จากการพิสูจน์นี้ทำใหเทฤษฎีเกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพต้องชนกำแพงอีกครั้ง ตราบใดที่มีจุดซิงกูลาริตีเป็นกำแพงกั้นอยู่ ก็จะมีแต่พระเจ้าเท่านั้นที่จะรู้ว่าก่อนหน้านั้นเป็นอย่างไร แม้แต่ไอน์สไตน์ก็ได้ออกความเห็นเกี่ยวกับเกี่ยวกับจุดนี้ไว้ตอนปลายชีวิตว่า สิ่งที่ผมสนใจมากคืออยากรู้ว่าพระเจ้ามีโอกาสที่จะเลือกในการสร้างเอกภพหรือไม่ (What really interest me is whether God had any choice in the creations of the world) ถ้าเอกภพเกิดด้วยบิกแบงซึ่งร้อนมากแล้วเวลาที่ย้อนไปก่อนหน้านั้นเอกภพจะเป็นอย่างไร ถ้าคิดตรงไปตรงมาจะเห็นว่าความหนาแน่นของเอกภพจะต้องเป็นอนันต์ ซึ่งทฤษฎีทางฟิสิกส์ต่างๆ จะใช้การไม่ได้ จริงหรือที่จะเป็นอนันต์ ตราบใดที่เราตอบปัญหาเหล่านี้ไม่ได้ ก็แสดงว่าเรายังไม่รู้เกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพอย่างแท้จริง

 

 

 

 

 

เอกภพจะเปลี่ยนไปมาระหว่างขยายตัว และ หดตัว อย่างไม่มีที่สิ้นสุด

         เพื่อที่จะตอบปัญหานี้ ได้มีการเสนอทฤษฎีของเอกภพที่สั่น ถ้าเอกภพซึ่งกำลังขยายตัวของเราเป็นเอกภพปิด เป็นไปได้ที่ถึงจุดหนึ่งมันจะเริ่มหดตัว นั่นก็คือถ้าในเอกภพมีมวลสารซึ่งเป็นต้นกำเนิดแรงโน้มถ่วงมาก แรงโน้มถ่วงของสารจะเบรกแรงขยายตัว และดึงให้เอกภพหดตัวในที่สุด และปัจจุบันการค้นพบแหล่งมวลสาร เช่น หลุมดำ นิวตริโน นั้นเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เป็นไปได้ที่เอกภพปิดจะเป็นจริง เอกภพที่หดตัวนี้ในที่สุดจะหดตัวจนเล็กมาก แต่ก็จะระเบิดบิกแบงอีก และปรากฏการณ์เดียวกันก็จะเริ่มอีกรอบ นั่นคือเอกภพจะเริ่มขยายตัวใหม่ และการขยายและหดตัวนี้จะต่อเนื่องกันไปไม่สิ้นสุด นี่ก็คือโมเดลของ เอกภพสั่น และเอกภพในปัจจุบันของเรากำลังอยู่ในช่วงขยายตัว

 

วิทยาศาสตร์ได้ได้ก้าวเข้าสู่อาณาเขตของพระเจ้า

         ถ้าอาณาเขตของพระเจ้ามีจริง เราก็คงไม่ควรจะไปก้าวก่าย แต่ในกรณีนั้นเพียงแต่หมายความว่ามนุษย์เรายังรู้ไม่ถึงเท่านั้น แต่ถ้าเราสามารถมองหาวิธีได้ วิทยาศาสตร์ย่อมเข้าไปได้ทุกหนทุกแห่ง ในทศวรรษ 1980 นักวิทยาศาสตร์ได้เริ่มค้นพบเส้นทางที่จะเข้าไปสู่อาณาเขตของพระเจ้านี้แล้ว ด้วยทฤษฎีที่เกี่ยวกับอนุภาคพื้นฐาน ซึ่งกำลังก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว และจากนี้ก็จะเป็นครึ่งหลังของการค้นคว้าเกี่ยวกับ กำเนิด ของเอกภพ ทำไมทฤษฎีของอนุภาคพื้นฐานจึงมาเกี่ยวกับ กำเนิด ของเอกภพได้ เมื่อลองพิจารณาเหตุต่อไปนี้จะบรรลุได้ ตอนที่เอกภพกำเนิด มันจะมีความหนาแน่นสูงและอุณหภูมิที่สูงมาก ในสภาพเช่นนั้นสสารจะมีสภาพเช่นไร จะรู้ได้โดยยกอุณหภูมิของสสารให้สูงขึ้นไปเรื่อยๆ จะเห็นว่าขั้นแรกจะแยกออกเป็นอะตอม เช่น ออกซิเจน คาร์บอน ไนโตรเจน เป็นต้น และเมื่ออุณหภูมิยิ่งสูงขึ้นอิเล็กตรอนจะหนีออกจากอะตอม นิวเคลียสกับอิเล็กตรอนจะแยกกันอยู่ในสภาพพลาสมา เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นอีกนิวเคลียสจะแยกออกเป็นนิวตรอน และโปรตอนและเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 10 (ยกกำลัง 12) องศา (1 ล้านล้านองศา) อนุภาคเหล่านี้จะแยกตัวออกเป็นอนุภาค ควาร์ก อนุภาคควาร์กเป็นอนุภาคพื้นฐานยิ่งกว่าโปรตอนและนิวตรอน นั่นก็คือการที่จะศึกษาสภาพตอนที่เอกภพกำเนิด ซึ่งมีอุณหภูมิและความหนาแน่นสูงมากนั้น เราจำเป็นต้องรู้และใช้ทฤษฎีเกี่ยวกับอนุภาคพื้นฐานอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และการค้นคว้าเกี่ยวกับอนุภาคพื้นฐานนั้นได้ก้าวหน้าอย่างรวดเร็วหลังจากทศวรรษที่ 1980 เป็นต้นมา ซึ่งเป็นการเปิดยุคใหม่แห่งการค้นคว้าเกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพด้วยนั่นเอง

         ตามทฤษฎีของอนุภาคพื้นฐาน เอกภพและสสารในเอกภพของเราจะอยู่ภายใต้กฎของแรง 4 ชนิด ส่วนเหตุผลที่ใช้ทฤษฎีของอนุภาคพื้นฐานในการคิดเกี่ยวกับแรงก็เพราะสามารถคิดได้ว่าแรงนั้นก็คือการแลกเปลี่ยนอนุภาคสมมติระหว่างอนุภาคนั่นเอง ยกตัวอย่างเช่น การที่แม่เหล็กมีแรงต่อกันก็เพราะสารแม่เหล็กนั้นแลกอนุภาคโฟตอน (แสง)ระหว่างกันนั่นเอง และการที่โลกกับดวงจันทร์ดึงดูดกันก็เพราะมีการและเปลี่ยนอนุภาค กราวิตอน (อนุภาคแรงโน้มถ่วง) ระหว่างกันนั่นเอง แรง 4 ชนิดที่ว่าก็คือ แรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์แบบแข็ง และแรงนิวเคลียร์แบบอ่อน เราอาจจะคิดว่ายังมีแรงอื่นๆ อีก เช่นแรงเสียดทาน แต่แรงอื่นนั้นจะสามารถอธิบายได้ว่ามีกำเนิดมาจากแรง 4 ชนิดนี้เท่านั้น ทำไมถึงมีแรง 4 ชนิด ก็เพราะว่าจากการที่ฟิสิกส์ได้พัฒนารวบรวมแรงตามธรรมชาติมาเป็นลำดับก็ปรากฏว่าเหลืออยู่เพียง 4 แรงเท่านั้นที่ไม่สามารถรวมกันได้อีกแต่เป็นอิสระต่อกัน นิวตันได้แสดงให้เห็นว่าแรงระหว่างดาวบนท้องฟ้ากับแรงที่ดึงลูกแอปเปิลให้ตกลงสู่พื้นดินนั้นเป็นแรงเดียวกัน คือแรงโน้มถ่วง ส่วน แมกซ์เวลนั้นได้รวมแรงไฟฟ้าและแรงแม่เหล็ก เข้าอยู่ภายใต้กฎอันเดียวกัน คือ กฎของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า

 

 

แรงทั้ง 4 ชนิดนั้น ตอนแรกเป็นแรงชนิดเดียวกัน

 

 

          ถึงแรงทั้ง 4 ชนิดนี้แยกกันเป็นอิสระก็จริง แต่ประวัติของฟิสิกส์นั้นอาจกล่าวได้ว่าเป็นประวัติของการรวมแรงต่างชนิดให้อยู่ภายใต้กฎอันเดียวกัน ในอนาคตเราอาจรวมแรงเข้าด้วยกันจนเหลือ 3 ชนิด 2 ชนิด หรือในที่สุดเป็นแค่ชนิดเดียวก็ได้ ที่จริงความสำเร็จนี้ก็ไปถึงขั้นหนึ่งแล้ว ทฤษฎีเอกภาพของ ไอน์เบิร์กและซาลัม นั้น รวมแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงนิวเคลียร์แบบอ่อนเข้าด้วยกัน ความถูกต้องของทฤษฎีนี้ ได้รับการพิสูจน์ด้วยการทดลองแล้ว และทั้งสองก็ได้รับรางวัลโนเบลแล้วด้วย เพราะฉะนั้นจึงเสนอทฤษฎีที่จะคิดว่าแรงที่เหลือก็น่าจะรวมเข้าได้อีก ซึ่งปัจจุบันกำลังคิดคำนวณกันอย่างขะมักเขม้น ซึ่งบางทีเราอาจจะได้ข่าวตามหนังสือพิมพ์เกี่ยวกับทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ ( Grand Unitied Theory, GUT ) ซึ่งเป็นการรวมแรง 3 แรง หรือทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ที่สุดซึ่งพยายามที่จะรวมแรงทั้ง 4 เข้ด้วยกัน ตามแนวคิดนี้จะบอกได้ว่าตอนที่เอกภพกำเนิดนั้นแรงทั้ง 4 ชนิดนี้เป็นแรงชนิดเดียวกัน แต่เมื่อเอกภพวิวัฒนาการขึ้น แรงทั้ง 4 ได้แยกตัวออกจากกัน จนในที่สุดเป็นเหมือนต่างชนิดกันดังที่เห็นในปัจจุบัน

 

ปรากฏการณ์แปลกที่เกิดตอนเอกภพกำเนิด

         และเมื่อการค้นคว้าเกี่ยวกับการรวมแรงได้พัฒนาไปอีก เราก็รู้กันว่าตอนที่เอกภพกำเนิดนั้นไม่เพียงแต่ได้แยกตัวกันออกไปเท่านั้นแต่เอกภพจะเกิดการขยายใหญ่หรือ อินเฟลชัน ขึ้นด้วย นี่คือความรู้ใหม่ที่เราได้เกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพจากการใช้ทฤษฎีของเอกภพของแรง

         เมื่อเอกภพกำเนิดหลังจากที่แรงโน้มถ่วงได้แยกตัวออกจาก แรงชนิดเดียว เมื่อเวลา 10 (ยกกำลัง 36) วินาทีได้เกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะทำให้แรงนิวเคลียร์แบบแข็งแยกตัวออกมาอีก ซึ่งเป็นช่วงเวลาเพียง 10 (ยกกำลัง 34) วินาที ขนาดของเอกภพได้ขยายตัวใหญ่ออกถึง 100 หลัก ขอให้ระวังว่า 100 หลัก ไม่ใช่ 100 เท่า

         1 ล้าน ยังเป็นแค่ 6 หลัก 1 ล้าน ล้านก็แค่ 12 หลัก เพราะฉะนั้น 100 หลักใหญ่มหาศาลขนาดไหนคงพอจะได้ความรู้สึก และเราคงพอจะคาดเดาได้เองว่าถ้าปรากฏการณ์เหลือเชื่อเช่นนี้เกิดขึ้นมันย่อมมีผลต่อการเกิดปรากฏการณ์อื่นที่เหลือเชื่อต่อไปอีกด้วย

 

เกิดรูหนอน ( WORM HOLE ) ขึ้นในเอกภพอินเฟลชัน

         ได้กล่าวมาแล้วว่าการขยายใหญ่ (อินเฟลชัน) ในช่วงที่เอกภพเปลี่ยนสถานะ แต่การเปลี่ยนสถานะคืออะไร เราอาจจะไม่ค่อยคุ้นเคยกับคำนี้ แต่ที่จริงไม่ใช่ปรากฏการณ์ที่แปลกเท่าไร ยกเว้นตัวอย่างเช่นการที่น้ำเดือดกลายเป็นไอน้ำก็คือการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวไปสู่ก๊าช และน้ำแข็งก็คือการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวไปสู่ของแข็ง ปรากฏการณ์คล้ายกันนี้ได้เกิดขึ้นกับเอกภพนั่นเอง แล้วตอนที่เอกภพเปลี่ยนสถานะน่าจะเกิดอะไรขึ้นลองวาดภาพเปรียบเทียบกับกรณีที่น้ำเดือดกลายเป็นไอดูก็แล้วกัน จะเห็นว่ามีฟองเกิดขึ้นที่โน่นที่นี่ นั่นก็คือเอกภพ (อวกาศ) นั้นถูกทำให้โค้งอย่างรุนแรงไปทั่วทุกหนแห่ง

         ทฤษฎีที่จะใช้กับเอกภพที่โค้งเช่นนี้ก็คือทฤษฎีสัมพัทธภาพ เมื่อใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพคำนวณศึกษาดูพบว่าจะเกิดรูหนอนขึ้นระหว่างฟองอวกาศเหล่านั้น ทำไมถึงเกิดขึ้น ก็เพราะขณะที่ฟองขยายตัวอย่างรวดเร็วนั้นช่องว่างระหว่างฟองอากาศจะถูกดันอัดด้วยผนังของฟองให้เล็กลงจนถึงที่สุด ซึ่งตามทฤษฎีสัมพัทธภาพนั้นอวกาศที่ถูกอัดให้เล็กที่สุดนั้นจะกลายเป็น รูหนอน (ซึ่งเมื่อมองจากข้างนอกจะเหมือนกับหลุมดำ) และอย่าลืมว่าอวกาศที่เปลี่ยนสถานะนี้กำลังเกิดอินเฟลชันอยู่ ซึ่งจะต้องมีพลังมหาศาล และเมื่อเกิดเป็นรูหนอนพลังงานอันมหาศาลในตัวมันจะผันแปรไปอย่างไร

 

เกิดอวกาศลูกจากอวกาศแม่

         เมื่อครู่ที่ได้บอกว่ารูหนอนเกิดขึ้นในอวกาศที่ถูกอัดระหว่างฟองอากาศ ถ้าจะพูดให้ถูกต้องยิ่งขึ้นต้องบอกว่าได้เกิดขอบฟ้าของเหตุการณ์ขึ้น เมื่อมองจากอวกาศด้านที่เกิดอินเฟลชันก็จะเห็นเป็นรูหนอนนั้นเอง ถ้าเช่นนั้นมาลองคิดกันดูว่าด้านในของขอบฟ้าของเหตุการณ์เป็นอย่างไร เราจะพบกับความจริงที่คาดไม่ถึงเมื่อเข้าไปข้างใน แต่ถ้าข้างในรูหลุมร้อนจริงจะกลับออกมาไม่ได้ (แต่ทางทฤษฎีเราย่อมคิดได้เสมอ)

         ทางเข้าจะแคบมากเพราะถูกอัดด้วยฟองอากาศรอบข้าง แต่เมื่อผ่านทางเข้าไปสู่ข้างในมันจะกลายเป็นที่กว้างใหญ่ แม้จะถูกอัดด้วยพลังที่สูงมาก แต่เนื่องจากอวกาศส่วนที่เกิดขอบฟ้าของเหตุการณ์นั้นก็มีพลังสูงมาก อวกาศส่วนที่อยู่ข้างในของขอบฟ้าของเหตุการณ์ก็จะเกิด การขยายตัวใหญ่ (อินเฟลชัน) เช่นกัน จึงเกิดเป็นอวกาศที่ใหญ่ไพศาลขึ้น

         อาจคิดได้ว่ารูหนอนเป็นอุโมงค์ที่ต่อเชื่อมระหว่างจุดสองจุดในเอกภพหรือเชื่อมระหว่างอวกาศหนึ่งกับอีกอวกาศหนึ่ง แต่ที่บอกว่าเชื่อมนั้นจะต่างจากความหมายทั่วไป เพราะระหว่างนั้นจะถูกกั้นด้วยขอบฟ้าของเหตุการณ์ ทั้งสองส่วนจะไม่เกี่ยวข้องกันได้เลย นั่นก็คืออวกาศอีกอันที่อยู่ฟากโน้นจะไม่มีความเกี่ยวข้องกับอวกาศฟากนี้ของเราได้เลย นั่นก็คือเราอาจสรุปง่ายๆ ได้ว่าถ้าเราให้อวกาศที่เกิดการเปลี่ยนสถานะเป็น อวกาศแม่ (Mother Universe) อวกาศใหม่ที่เกิดนี้จะเรียกว่าเป็นอวกาศลูก (Child Universe)

 

เกิดเอกภพใหม่จากเอกภพเดิมอย่างไม่มีที่สิ้นสุด

         นั่นก็คือเราได้พบว่าเอกภพสามารถสร้างเอกภพใหม่ขึ้นจากตัวเองได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุด และที่น่าตื่นเต้นก็คือเอกภพลูกที่เกิดขึ้นก็จะสามารถให้กำเนิดเอกภพลูกใหม่ (ซึ่งมองจากเอกภพแม่เดิมก็จะเป็นเอกภพหลาน) ได้และเอกภพหลานก็สามารถให้กำเนิดเอกภพเหลนต่อไปอีกได้ และย่อมเป็นไปได้ที่ว่าในเอกภพใดเอกภพหนึ่งเหล่านี้จะมีสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นแล้ววิวัฒนาการจนมีปัญญาอันสูงส่ง และกำลังคิดเกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพเช่นที่เรากำลังทำกันอยู่ก็ได้

         แต่อย่างที่ได้บอกเมื่อครู่แล้วว่า ถึงจะมีเอกภพเช่นนั้นจริง เอกภพนั้นจะไม่มีอะไรเกี่ยวข้องกับเอกภพเราเลย ฮอว์คิงเคยได้เสนอทฤษฎีการระเหยของหลุมดำเล็ก (mini black hole) ไว้ ซึ่งเมื่อใช้ทฤษฎีนี้กับรูหนอน รูหนอนนี้ก็จะระเหยได้เช่นกัน และถ้าเป็นเช่นนั้นจริง สิ่งที่จะเป็นตัวเชื่อมระหว่างเอกภพแม่และเอกภพลูกก็จะหายไปหมด

         ถ้าไม่มีความเกี่ยวข้องกัน คิดไปก็อาจจะไม่มีประโยชน์ แต่เพราะเรารู้เสียแล้วว่ามันมี เราย่อมต้องค้นคว้าในรายละเอียดต่อไป

 

เอกภพแรกสุดเกิดมาจากศูนย์

         จากการที่รู้ว่าเอกภพสามารถให้กำเนิดเอกภพใหม่ได้ช่วยให้ความรู้เกี่ยว กำเนิด ของเอกภพของเราก้าวหน้าขึ้นขึ้นไปอย่างมาก แต่ถ้าคิดให้ดีก็จะเห็นว่าในคำอธิบายข้างต้นไม่ได้บอกว่าเอกภพแม่แรกสุดมาจากไหน บอกแต่ว่าเอกภพแม่นี้ให้กำเนิดเอกภพลูก หลาน

         เพื่อที่จะเข้าใจถึงกำเนิดของเอกภพอย่างถ่องแท้ เราจะต้องสามารถเข้าใจและอธิบายได้ว่าเอกภพแม่เกิดขึ้นมาได้อย่างไร ทฤษฎีล่าสุดยังอธิบายจุดนี้ไม่ได้เช่นนั้นหรือ ปัจจุบันนักทฤษฎีระดับโลก เช่น ฮอว์คิง และวิเลนเคนกำลังศึกษาเพื่อหาคำตอบต่อปัญหานี้อยู่ และคนทั่วโลกให้ความสนใจกับฮอว์คิงขณะนี้ก็เพราะต้องการรู้คำตอบเร็วๆ นั่นเอง

         ในการศึกษาของฮอว์คิงนั้น เขาได้ใช้คณิตศาสตร์ชั้นสูงกับฟังก์ชันคลื่น (wave function) ของอวกาศซึ่งเข้าใจยากมากสำหรับคนธรรมดา เพราะฉะนั้นในที่นี้จะอธิบายถึงแนวทางการศึกษาของวิเลนเคนซึ่งเข้าใจได้ค่อนข้างง่ายกว่า ที่จริงความคิดของสองคนแทบจะเหมือนกัน เพราะฉะนั้นถ้าเข้าใจความคิดของวิเลนเคนได้ก็แสดงว่าก็เข้าใจความคิดของฮอว์คิงแล้วเช่นกัน วิเลนเคนได้ใช้ทฤษฎี ลอดอุโมงค์ ของอนุภาคพื้นฐานอธิบายว่าเอกภพแรกสุดเกิดมาจากศูนย์

 

เอกภพแรกสุดเกิดมาจากปรากฏการณ์ลอดอุโมงค์

         ก่อนที่จะอธิบายทฤษฎีของวิเลนเคน ขอเน้นทฤษฎีที่บอกว่าเอกภพแรกเกิดมาจากศูนย์ นั่นเป็นทฤษฎีที่จะสามารถอธิบาย กำเนิดของเอกภพได้สมบูรณ์ที่สุด เพราะในแง่ของปรัชญาศาสตร์แล้วถ้าเอกภพแรกไม่ได้เกิดมาจากศูนย์ ก็จะมีคำถามต่อได้ว่า แล้วก่อนหน้านั้นมันมีอะไร ซึ่งจะถามไปได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุดนั่นเอง

         แล้วปรากฏการณ์ลอดอุโมงค์ของวิเลนเคนคืออะไร เราอาจจะไม่ค่อยคุ้นกับคำๆ นี้ในชีวิตประจำวัน แต่สำหรับในระดับอนุภาคพื้นฐานนั้นปรากฏการณ์นี้เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่สุดอย่างหนึ่ง

เราจะเข้าใจปรากฏการณ์นี้ได้ดังนี้

         สมมติมีลูกบอลวางอยู่ตรงหุบเขาระหว่างยอดเขาสองลูก ตามปกติจะให้ลูกบอลออกจากหุบเขานี้ได้จะต้องโยนหรือยกลูกบอลข้ามยอดเขาถึงจะทำได้ แต่ปรากฏการณ์ลอดอุโมงค์ บอกเราว่าลูกบอลสามารถ ลอด (อุโมงค์) ใต้ยอดเขาออกมาข้างนอกได้โดยไม่ต้องใช้พลังงานเลยปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเป็นประจำกับอนุภาคพื้นฐานต่างๆ แม้แต่ของใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น นาฬิกาควอตซ์ ทรานซิสเตอร์ ฯลฯ ซึ่งก็คือการประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์ลอดอุโมงค์ของอิเล็กตรอนให้เป็นประโยชน์นั่นเอง วิเลนเคนบอกว่า เอกภพเริ่มเกิดด้วยปรากฏการณ์นี้เช่นกัน นั่นก็คือเอกภพแม่แรกสุดเกิดมาจากศูนย์ ด้วยปรากฏการณ์ลอดอุโมงค์

 

มี เกิดจาก ศูนย์ ได้อย่างไร

         ตามทฤษฎีขนาดของเอกภพตอนแรกที่เกิดจากศูนย์ด้วยปรากฏการณ์ลอดอุโมงค์นั้นมีขนาดประมาณ 10 (ยกกำลัง 32) เซนติเมตร ซึ่งเป็นขนาดที่เล็กยิ่งกว่าอนุภาคพื้นฐานมากมาย วิเลนเคนบอกว่าในโลกระดับเล็กขนาดนั้นไม่แปลกเลยที่จะเกิดปรากฏการณ์ลอดอุโมงค์ แต่ก็ยังคงเป็นที่น่าสงสัยอยู่ดีว่าการที่เอกภพเกิดจากศูนย์นั้นเป็นไปได้อย่างไร ตามคำอธิบายข้างต้นของปรากฏการณ์ลอดอุโมงค์จะเห็นว่าก่อนลอดนั้นมีลูกบอลอยู่ที่หุบเขาอยู่แล้วจะบอกว่าสภาพเป็นศูนย์ได้อย่างไร เพื่อที่จะเข้าใจจุดนี้เราต้องเข้าใจคำว่าศูนย์ ของวิเลนเคนให้ดี

 

 

 

         ศูนย์ ที่วิเลนเคนบอกก็คือไม่มีเอกภพ นั่นก็คือไม่มีทั้งเวลา (กาล) และอวกาศ แต่ถึงจะไม่มีทั้งกาลและอวกาศก็ไม่ได้หมายความว่าจะไม่มีอะไรเลย นี่เป็นจุดที่เข้าใจยากจุดหนึ่ง ก็เพราะว่าปกติเราจะไม่เรียกสภาพที่ไม่มีอะไรว่าศูนย์ แต่ทางทฤษฎีของอนุภาคพื้นฐานจะไม่เป็นเช่นนั้นเสมอไป

ตัวอย่างต่อไปนี้อาจช่วยให้เข้าใจได้ดีขึ้น

         ที่ศูนย์วิจัย Fermi ของ อเมริกาและ CERN ของยุโรป (ที่สวิส) จะมีเครื่องเร่งอนุภาคที่ใช้ในการทดลองเกี่ยวกับอนุภาคพื้นฐาน สิ่งหนึ่งที่นักวิจัยทำกันอยู่คือการรวมพลังงานขนาดมหึมาเข้าสู่จุดหนึ่งในอวกาศ (สุญญากาศ) ซึ่งผลที่เกิดขึ้นก็คือจะเกิดอนุภาคขึ้นในอวกาศที่แต่เดิมไม่มีอะไรเลย อนุภาคเหล่านี้ก็คือโปรตอนและแอนติโปรตอน อิเล็กตรอนและแอนติอิเล็กตรอน

         ทำไมถึงเกิดขึ้นได้ ก็เพราะอวกาศที่เราคิดว่าไม่มีอะไรเลยนั้นเมื่อมองในระดับที่เล็กมากๆ และในเวลาที่สั้นมากๆ จะมีการเกิดและสลายตัวของอนุภาคอยู่ตลอดเวลา ถ้าเรารวมพลังขนาดสูงเข้าที่จุดในอวกาศ อนุภาคที่เกิดขึ้นที่นั่นจะปรากฏตัวออกมาให้เห็นได้

         นั่นก็คือ ถึงจะมองไม่เห็น แต่ในสุญญากาศนั้นจะไม่ใช่อวกาศที่ไม่มีอะไรแต่จะมีการเกิดและสลายตัวของอนุภาคอยู่ตลอดเวลา

 

เอกภพเกิดขึ้นจากสภาพ ศูนย์ หรือเอกภพสมมติ

        วิเลนเคนบอกว่าการเกิดของเอกภพก็สามารถคิดได้ในทำนองเดียวกัน นั่นก็คือสภาพศูนย์นั้นมีเอกภพสมมติอยู่ระหว่างยอดเขาสองลูกในหุบเขา (ซึ่งนักฟิสิกส์เรียกสภาพนี้ว่า Super space) ในสภาพนี้จะการเกิดและสลายตัวของเอกภพอยู่ตลอดเวลา เกิดแล้วก็สลาย สลายแล้วก็เกิด จะเปลี่ยนแปลงไปมาตามกฎของความไม่แน่นอน ซึ่งทางฟิสิกส์จะเรียกสภาพนี้ว่าไม่มีสถานะที่เสถียร และวิเลนเคนนิยามว่านี่คือสภาพศูนย์นั่นเอง และเอกภพของเรานั้นก็เกิดมาจากปรากฎการณ์ลอดอุโมงค์ของเอกภพสมมติอันใดอันหนึ่งนั่นเอง

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

กาแล็กซี

 

             

กาแล็กซีเปรียบเสมือนเป็นเมืองของดาวฤกษ์ ซึ่งแต่ละเมืองประกอบด้วยดาวฤกษ์นับพันล้านดวง กาแล็กซีมีขนาดใหญ่มาก มีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายหมื่นถึงหลายแสนปีแสงมีองค์ประกอบและชนิดแตกต่างกันไป โลกของเราอยู่ในระบบสุริยะซึ่งเป็นส่วนเล็กๆ ส่วนหนึ่งที่อยู่ในกาแล็กซีทางช้างเผือก โดยจะอยู่บริเวณแขนของกาแล็กซี ซึ่งอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางประมาณ 30,000 ปีแสง กาแล็กซีทางช้างเผือกมีขนาดค่อนช้างใหญ่มาก เมื่อเปรียบเทียบกับกาแล็กซีอื่นๆ คือ มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 100,000ปีแสง กลุ่มดาวนับพันล้านดวงมาอยู่ร่วมกันเป็นกระจุกภายใต้แรงโน้มถ่วงของตนเองจนก่อให้เกิดกาแล็กซี

 

 

กาแล็กซีหรือดาราจักร

 

 

 

 

กาแล็กซี (Galaxy) ราชบัณฑิตยสถานบัญญัติให้เรียกว่า ดาราจักร คำว่า กาแล็กซีมาจากคำภาษากรีก หมายความว่า ทางน้ำนม

               กาแล็กซีหรือดาราจักร คือ ระบบของดาวฤกษ์นับพันล้านดวงอยู่ร่วมกันในขอบเขตแห่งแรงโน้มถ่วงของตนเอง เป็นกลุ่มชุมชนร่วมกันของดาวฤกษ์นับพันล้านดวง พร้อมบริวารได้แก่ กระจุกดาว แก๊ส ฝุ่นธุลี เนบิวลาและอวกาศแผ่ขยายอาณาเขตกว้างใหญ่ กาแล็กซีเป็นหน่วยหนึ่งของเอกภพ

ในคืนเดือนมืดท้องฟ้าปลอดโปร่งแจ่มใสปราศจากแสงรบกวนและเมฆหมอก ถ้ามองดูดวงดาวบนท้องฟ้าอาจเห็นแถบสีขาวสลัว มีลักษณะเป็นทางสีขาวสว่างจาง พาดไปท่ามกลางดวงดาวบนท้องฟ้า เรียกทางสีขาวสลัวนั้นว่า ทางช้างเผือก ซึ่งชื่อที่เรียกนั้นอาจแตกต่างกันตามนิยายหรือคตินิยมแต่ละชาติ กาแล็กซีที่สังเกตได้ด้วยตาเปล่า นอกจากกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราแล้ว ได้แก่ กาแล็กซีแอนโดรเมดา กาแล็กซีแมกเจลแลนใหญ่ และกาแล็กซีแมกเจลแลนเล็กดังภาพภาพแสดงการกระจายของดาวฤกษ์ในกาแล็กซีทางช้างเผือก โดยการนำภาพถ่ายท้องฟ้าทุกทิศทุกทางมาต่อกันตามตำแหน่งที่ใช้พิกัดซึ่งมีแกนนอนเป็นเส้นที่ผ่านทางช้างเผือก

 

ทางช้างเผือกและกาแล็กซีทางช้างเผือก

 

ทางช้างเผือก แปลว่า ทางน้ำนม ซึ่งเรียกตามนิยายดาวของกรีกเล่าว่า เฮอร์คิวลิสผู้ทรงพลังเมื่อครั้งเป็นเด็กได้ดูดน้ำนมมารดา แต่เนื่องจากมีพลังมากจึงดูดน้ำนมด้วยความรุนแรงน้ำนมจึงพุ่งหกเปรอะเปื้อนเป็นทางยาวบนท้องฟ้า สำหรับประเทศอินเดียเห็นเป็นพระแม่คงคาสวรรค์   ส่วนชนชาติไทยเห็นเป็นทางเดินของช้างเผือกบนสวรรค์ จึงเรียกว่า ทางช้างเผือก ทางช้างเผือก หรือกลุ่มของแสงสีขาวสลัวที่ปรากฏบนท้องฟ้า คือดาวฤกษ์จำนวนมากที่อยู่ไกลมากจนมองด้วยตาเปล่าไม่เห็นเป็นดวง กาลิเลโอเป็นคนแรกที่ใช้กล้องโทรทรรศน์ดูทางช้างเผือก หากเราใช้กล้องสองตาที่มีคุณภาพดีหรือกล้องโทรทรรศน์ส่องดูทางสีขาวสลัว ที่เรียกว่าทางช้างเผือกนี้ จะเห็นเป็นจุดของแสง คือ ดาวฤกษ์จำนวนมากมาย หากเราสังเกตแถบทางช้างเผือกในท้องฟ้าจะเห็นเป็นแถบขาวสลัวจากท้องฟ้าด้านเหนือผ่านกลางท้องฟ้า เวียนไปท้องฟ้าซีกใต้แล้วเวียนรอบผ่านกลางท้องฟ้าไปท้องฟ้าซีกเหนืออีกกล่าวได้ว่าจะเห็นทางช้างเผือกพาดผ่านกลุ่มดาวต่างๆ เป็นแถบสีขาวสลัวไม่กว้างนัก เวียนไปเกือบรอบทรงกลมของท้องฟ้าคล้ายเข็มขัดคาดผ่านทรงกลมของท้องฟ้า                   กาแล็กซีที่ระบบสุริยะของเราเป็นสมาชิกอยู่เรียกว่า "กาแล็กซีทางช้างเผือก" (The Milky Way Galaxy) ประมาณว่ามีดาวฤกษ์ คือ ดวงอาทิตย์ 100,000 ล้านดวง (1011 ดวง) มีมวลรวมน้อยกว่า 200,000 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ บริเวณใจกลางกาแล็กซีมีดาวฤกษ์ กระจุกดาวอยู่หนาแน่น ดาวฤกษ์แต่ละดวงอยู่ไกลมาก เช่น ดาวฤกษ์ดวงที่เห็นได้ด้วยตาเปล่าอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ของเราที่สุดนั้นอยู่ห่างออกไปโดยแสงเดินทางกินเวลาประมาณ 4.3 ปี ถ้าคืนนี้เราดูดาวดวงนี้แสดงว่าเราเห็นดาวดวงนี้เมื่อ 4.3 ปีก่อนเพราะแสงเพิ่งจะเดินทางมาถึง หรือถ้าจะเดินทางด้วยยานอวกาศมีความเร็ว 8 กิโลเมตรต่อวินาที หรือ 28,800 กิโลเมตรต่อชั่วโมง จะเดินทางถึงดวงดาวนั้นในเวลาประมาณ 161,123 ปี

กาแล็กซีส่วนใหญ่เป็นกาแล็กซีกังหันหมุนมีมากรองลงไป คือกาแล็กซีกังหันหมุนแบบมีคานหรือแกน และกาแล็กซีรูปวงรี ส่วนกาแล็กซีรูปร่างไม่แน่นอนมีน้อยที่สุด มวลสารส่วนใหญ่ของกาแล็กซีเป็นดาวฤกษ์กระจุกดาว อยู่บริเวณใจกลางและ 2 แขนของกังหันหมุนกาแล็กซีรูปวงรีที่มีขนาดเล็กมาก คือกระจุกดาวทรงกลมสิ่งที่ใหญ่ที่สุดในเอกภพ คือกาแล็กซียักษ์ใหญ่รูปวงรีมีมวลสารหนักกว่ากาแล็กซีทางช้างเผือกนับเป็นร้อยเท่ามีเส้นผ่านศูนย์กลาง 300,000 ปีแสง

ลักษณะของกาแล็กซีทางช้างเผือก มีรูปร่างคล้ายจักรของนักกีฬาหรือไข่ดาว มองด้านตรงจะเห็นเป็นจักรรูปทรงกลมกำลังหมุนรอบตัวเอง ถ้ามองด้านข้างจะเห็นเป็นคล้ายเลนส์นูนหรือจานแบน 2 ใบ ประกบกัน มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 100,000 ปีแสง ส่วนหนาป่องตรงกลางเพียง 15,000 ปีแสง ตำแหน่งของระบบสุริยะในกาแล็กซีทางช้างเผือกอยู่ที่กังหันหมุนขอบนอก ซึ่งอยู่ห่างจากศูนย์กลางกาแล็กซีประมาณ 30,000 ปีแสง กาแล็กซีทางช้างเผือกเป็นกาแล็กซีกังหันหมุน หมุนรอบตัวเองแบบทวนเข็มนาฬิกา บริเวณใจกลางกาแล็กซีหมุนรอบแกนกลางเร็วกว่าขอบนอกและคลื่นที่พากาแล็กซีทั้งระบบเคลื่อนที่ไปในอวกาศด้วยกัน ดวงอาทิตย์พาระบบสุริยะโคจรรอบศูนย์กลางกาแล็กซีทวนเข็มนาฬิกาเคลื่อนที่ไปด้วยความเร็ว 274 กิโลเมตรต่อวินาที และโคจรรอบกาแล็กซีทางช้างเผือกครบ 1 รอบ ในเวลา 200-250ล้านปี

 

กาแล็กซีทางช้างเผือก

องค์ประกอบของกาแล็กซี

องค์ประกอบของกาแล็กซีส่วนใหญ่เป็นดาวฤกษ์ กระจุกดาว แก๊สและฝุ่นธุลี เรียก สสารระหว่างดาวมีองค์ประกอบของกาแล็กซีบางอย่างที่สามารถสังเกตเห็นได้ในการศึกษาดวงดาวบนท้องฟ้า เช่น เห็นดาวฤกษ์มีความสว่างมากน้อยแตกต่างกัน มีสีต่างกัน เห็นทางช้างเผือก ถ้าใช้กล้องโทรทรรศน์ดูดาวฤกษ์และทางช้างเผือกจะเห็นดวงดาวเป็นจุดสว่างเท่าปลายเข็ม อาจพบเห็นสิ่งสวยงามสะดุดตา เช่น กระจุกดาว เนบิวลา ทั้งในแนวและนอกแนวทางของทางช้างเผือก สิ่งที่เห็นได้นั้นเป็นองค์ประกอบของกาแล็กซีซึ่งจะยกตัวอย่างที่สำคัญ เช่นกระจุกดาว

  กระจุกดาว คือ กลุ่มดาวฤกษ์ตั้งแต่จำนวนเล็กน้อยนับสิบดวงถึงสิบล้านดวงพบแล้วมีประมาณ 1,000 กระจุก มี เมฆดาว ซึ่งเป็นดาวแออัดกันแน่นปรากฏเหมือนก้อนเมฆสว่าง มีมากในบริเวณใกล้จุดในกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกและในกาแล็กซีอื่นๆ ส่วนกระจุกดาวทรงกลม เป็นกลุ่มดาวฤกษ์จำนวนตั้งแต่ประมาณแสนดวงถึงสิบล้านดวง อยู่ค่อนข้างเป็นทรงกลมในกาแล็กซีทางช้างเผือกพบมากในบริเวณรอบๆ จุดศูนย์กลางของกาแล็กซี กระจุกดาวเปิด เช่น กระจุกดาวลูกไก่ มองด้วยตาเปล่าเห็นประมาณ 6 ดวง ถ้ามองด้วยกล้องสองตาเห็น 14-15 ดวงมองด้วยกล้องโทรทรรศน์จะเห็นมากมาย นับจำนวนดาวฤกษ์ได้ไม่น้อยกว่า 2,362 ดวง และมีกระจุกดาวอื่นๆ อีก

สสารระหว่างดาว

ระยะห่างระหว่างดาวฤกษ์เป็นบริเวณห่างไกลกันมาก มีสสารระหว่างดาวประกอบด้วยแก๊สและฝุ่นธุลี ซึ่งส่วนใหญ่เป็นแก๊สไฮโดรเจนและฝุ่นธุลีที่เจือจางมากกว่าบรรยากาศของโลก ที่เป็นของแข็งเพียงร้อยละ 1 กาแล็กซีทางช้างเผือกมีสสารระหว่างดาวประมาณร้อยละ10 ของน้ำหนักมวลทั้งหมด

                แม้เนื้อที่ส่วนใหญ่ในจักรวาลนั้น ดูเหมือนจะเป็นที่ว่างเปล่ามากมาย หากเปรียบเทียบกับโลกของเรา แต่มันหาได้เป็นที่ว่างเปล่าที่ปราศจากสิ่งใดทั้งสิ้นไม่ ที่จริงแล้ว ช่องว่างระหว่างดวงดาว ยังมีมวลสารล่องลอยอยู่อย่างเจือจาง อันประกอบด้วย ก๊าซ ซึ่งส่วนใหญ่แล้วก็คือ ก๊าซไฮโดรเจน กับก๊าซฮีเลียมอีกเล็กน้อย และฝุ่นผงละเอียดยิบ ที่มีขนาดประมาณ ๑๐๐-๑๐๐๐ นาโนเมตร (๑ นาโนเมตร = 10-9 เมตร) ฝุ่นเหล่านี้ บ้างก็ประกอบด้วยคาร์บอน บ้างก็เป็นสารจำพวก ซิลิเคต คือคล้ายๆกับทราย หรือบางทีก็มีน้ำแข็ง หรือโมเลกุลต่างชนิด เกาะรวมตัวกันอยู่ผสมกันหลายๆอย่าง

เนบิวลา

 

              เนบิวลา คือ แถบหรือบริเวณเมฆของแก๊ส ฝุ่นธุลีของสสารระหว่างดาวในอวกาศแพร่กระจายเห็นเป็นแสงสว่างเรืองสวยงาม หรือจากการถ่ายภาพพบเป็นแถบดำบังแสง    ดาวฤกษ์หรือวัตถุอื่นที่มีอยู่ด้านหลัง ในอดีตไม่ทราบว่าแสงสว่างเรืองนั้นเป็นอะไรแน่ จากการตรวจวัดพบว่าองค์ประกอบของเมฆแก๊สและฝุ่นธุลีที่เห็นเป็นเนบิวลานั้น ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจน มีฮีเลียมประมาณร้อยละ 10และมีสสารขนาดเล็กอื่นๆปัจจุบันพบเนบิวลาต่างๆดังนี้

1) เนบิวลาสว่าง หรือเนบิวลาสะท้อนสว่าง เป็นเมฆของกลุ่มแก๊สและฝุ่นธุลีสะท้อนแสงสว่างออกมา เพราะแสงของดาวฤกษ์สว่างมาก ตรวจวัดเส้นสเปกตรัมของแสงที่เห็นสว่างนั้นเป็นเส้นสเปกตรัมของดาวฤกษ์แผ่รังสีสะท้อนเมฆแก๊สและฝุ่นธุลีออกมา เนบิวลาสว่างใหญ่ (เอ็ม 42) ในกลุ่มดาวนายพราน

2) เนบิวลาเรืองแสง คือ เมฆของแก๊สและฝุ่นธุลีระหว่างดาวที่เปล่งแสงสว่างของตัวเองมามีแสงส่องสว่างแพร่กระจายออกมาจากองค์ประกอบของแก๊ส เกิดการแตกตัวและเรืองแสงขึ้น โดยการกลับมารวมกันของอิเล็กตรอนกับโปรตอนรวมตัวกันเป็นอะตอมของไฮโดรเจน

3)เนบิวลามืด เป็นกลุ่มเมฆของแก๊สและฝุ่นธุลีเย็นระหว่างดาว มีฝุ่นธุลีจำนวนมากและหนาทึบ กันแสงหรือดูดกลืนแสงดวงดาวที่อยู่ข้างหลัง ทำให้มองไม่เห็นหรือเห็นเป็นสีดำในอวกาศ ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดเจนได้แก่ เนบิวลามืดรูปหัวม้า (B33) ในกลุ่มดาวนายพราน (Orion)

 

 

 

 

ชนิดของกาแล็กซี

 

ชนิดของกาแล็กซีแบ่งตามรูปร่างลักษณะที่มองเห็นได้จากโลกแบ่งได้เป็น 4 กลุ่มดังนี้

ชนิดของกาแล็กซีแบ่งตามรูปร่างลักษณะที่มองเห็นได้จากโลก

 

1. กาแล็กซีแบบก้นหอยหรือรูปเกลียว Spiral

ลักษณะแบบคล้ายจานสองใบประกบหากัน จะมีจุดกลางสว่าง แล้วมีแขนโค้ง 2-3 แขน ลักษณะ หมุนวนรอบแกนกลาง แบ่งย่อยออกเป็น Sa Sb Sc โดยพิจารณาจากระยะความห่างของแขน

กาแล็กซีทางช้างเผือก เป็นกาแล็กซีแบบกังหันหมุน เปรียบเสมือนจักรของนักกีฬากำลังหมุนและเคลื่อนไปในอวกาศ กาแล็กซีกังหันหมุนมีทั้งแบบที่มีคานกลางหรือแกนกลางมีปลายโค้ง ซึ่งพบว่ากาแล็กซีกังหันหมุนมีมากที่สุดประมาณร้อยละ 75 ของกาแล็กซีทั้งหมดที่ศึกษาได้ กาแล็กซีที่เห็นได้ด้วยตาเปล่าเป็นรูปกลมรีแบบรูปไข่ อยู่ที่กลุ่มดาวแอนโดรมิดา ชื่อกาแล็กซีแอนโดรมิดาเป็นกาแล็กซีกังหันหมุนขนาดใหญ่ที่อยู่ใกล้มากที่สุด จากข้อมูลล่าสุดพบว่าอยู่ห่างจากโลกเพียง 2.25ล้านปีแสงมีขนาดใหญ่กว่ากาแล็กซีทางช้างเผือก

 

2. กาแลกซี่ แบบกังหันมีแกน หรือรูปเกลียวแขนยาว Barred Spiral

ลักษณะ มีแขนออกมาจาก แกนกลางก่อน แบ่งย่อยออกเป็น SBa SBb SBc โดยพิจารณาจากแขนที่ยาวออกมาจากแกนกลาง NGC1365 เป็นกาแลกซี่เกรียวมีแขนแบบ SBb อยู่ในกลุ่มดาวเตาอบ (Fornax) ตำแหน่ง RA. 03:33.6 Dec -36.08 ความสว่าง 9.5

 

3. กาแล็กซีรูปไข่ (Elliptical Galaxies)

จัดว่าเป็นรูปทรงพื้นฐานเริ่มแรก แบ่งออกได้เป็น E0 - E7 คือ E0 จะมีรูปร่างเป็นทรงกลม และยิ่งรีมากขึ้น ตัวเลขตามท้ายก็จะมากขึ้น เช่น E7 มีรูปทรงรีมากที่สุด  กาแล็กซีรูปไข่ หมายถึงมีรูปร่างกลมเรียวเหมือนไข่เป็ด ที่หัวท้ายเรียวมีขนาดเท่ากันความจริงกาแล็กซีรูปไข่จัดเป็นหมวดหมู่ มีตั้งแต่วงกลม กลมรี และยาวรีแบบเม็ดข้าวกล้อง คือมีด้านยาวมากกว่าด้านกว้าง เปรียบเสมือนจานเปลมองตรงไปที่กลางจานจะเห็นกลมรี   ถ้าเอาจานเปล 2 ใบประกบกัน มองด้านข้างแล้วยกขึ้นในระดับสายตาจะเห็นยาวรีแบบเม็ดข้าวสาร กาแล็กซีรูปไข่ มีประมาณร้อยละ 20กาแล็กซีรูปไข่มีแก๊สและฝุ่นธุลีน้อยแต่อัดแน่นด้วยดาวฤกษ์และกระจุกดาว

 

 

4. กาแล็กซีรูปร่างไม่แน่นอน

กาแล็กซีที่ไม่เหมือนกังหันหมุน หรือกลมรีโดยปกติมีขนาดเล็กกว่ากาแล็กซีกังหันหมุนกาแล็กซีรูปร่างไม่แน่นอนที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าและอยู่ใกล้โลกมากที่สุดเป็นกาแล็กซีขนาดเล็กอยู่ทางท้องฟ้าซีกใต้ ชื่อ เมฆแมกเจลแลนใหญ่ และเมฆแมกเจลแลนเล็ก ทั้ง 2 กาแล็กซีเป็นบริวารของกาแล็กซีทางช้างเผือก ส่วนกาแล็กซีรูปร่างไม่แน่นอนมีประมาณร้อยละ 5 Large agellanic Cloud (LMC) หรือ กลุ่มเมฆแมคเจลแลนใหญ่ เป็นกาแลกซีแบบไม่มีรูปร่าง อยู่ในกลุ่มดาวปลาปากดาบ(Dorado) ตำแหน่งRA 05:23.6 Dec -69.45 ความสว่าง 0.1 สามารถเห็นได้ด้วยตาเปล่า แต่ในประเทศไทยมองไม่เห็นเพราะอยู่ลับขอบฟ้าทางใต้ไปแล้ว เห็นได้เฉพาะประเทศแถบทางซีกโลกใต้เช่น ออสเตรเลีย เป็นกาแลกซีเพื่อนบ้านที่อยู่ใกล้ ทางช้างเผือกมาที่สุดห่างออกไป 160,000 ปีแสง กลุ่มเมฆสีแดงด้านซ้ายคือ Tarantura Nabulae                Small Magellanic Cloud (SMC) หรือ กลุ่มเมฆแมคเจลแลนเล็ก เป็นกาแลกซี่แบบไม่มีรูปร่างอีกหนึ่ง อยู่ในกลุ่มดาวนกทูแคน(Tucana) ตำแหน่ง RA 00:53 Dec -72.50 ความสว่าง 2.3 อยู่ห่างออกไป 240,000 ปีแสง สามารถเห็นด้วยตาเปล่าในคืนฟ้าใส แต่ไม่เห็นในประเทศไทยเช่นกัน ภายในประกอบด้วยวัตถุกว่า 31 NGC เป็นทั้ง เนบิวลาและกระจุกดาวเปิด ได้แก่ NGC346,NGC371   หากต้องการสังเกตกาแล็กซีที่เห็นได้ด้วยตาเปล่า ในคืนเดือนมืดและท้องฟ้าแจ่มใสในเดือนตุลาคมถึงธันวาคมช่วงหัวค่ำ มองกลางท้องฟ้าจะเห็นกลุ่มดาวม้าปีกอยู่กลางท้องฟ้า เห็นกลุ่มดาวแอนโดรมิดาและกาแล็กซีแอนโดรมิดา หากมองท้องฟ้าซีกใต้ใกล้ขอบฟ้าแนวเดียวกันกับกาแล็กซีแอนโดรมิดาจะเห็น เมฆแมกเจลแลนเล็ก อยู่ห่างจากโลก 205,000 ปีแสง มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 16,000 ปีแสง ในช่วงเดือนมกราคมถึงกุมภาพันธ์จะเห็นกลุ่มดาวนายพรานใหญ่จะเห็นเมฆแมกเจลแลนใหญ่ อยู่ห่างจากโลก 170,000 ปีแสง มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 26,000 ปีแสง มีรูปร่างไม่แน่นอน ทั้งสองกาแล็กซีจะหมุนรอบตัวเองและโคจรเป็นกังหันหมุนรอบกาแล็กซีทางช้างเผือก