กำ�เนดเอกภพ(Big Bang)ทฤษฎบกแบง

ทฤษฎ บกแบง “ ” (Big Bang Theory) เป นทฤษฎทางดาราศาสตรทกลาวถงประวตศาสตรความเปนมาของจกรวาล ปจจบนเปนทฤษฎทเปนทเชอถอและยอมรบมากทสด ทฤษฎบกแบงเกดขนจากการสงเกตของนกดาราศาสตรทวา ขณะนจกรวาลกำาลงขยายตว ดวงดาวตาง ๆ บนทองฟากำาลงวงหางออกจากกนทกท เมอยอนกลบไปสอดต ดวงดาวตางๆ จะอยใกลกนมากกวาน และเม อนกดาราศาสตรค ำานวณอตราความเรวของการขยายตวทำาใหทราบถงอายของจกรวาลและการคลคลายตวของจกรวาล รวมทงสรางทฤษฎการกำาเนดจกรวาลขนอกดวย ตามทฤษฎน จกรวาลกำาเนดขนเมอประมาณ ๑๕ ,๐๐๐ ลานปทแลว กอนการเกดของจกรวาล ไมมมวลสาร ชองวาง หรอกาลเวลา จกรวาลเปนเพยงจดทเลกยงกวาอะตอมเทานน และดวยเหตใดยงไมปรากฏแนชด จกรวาลทเลกทสดนไดระเบดออกอยางรนแรงและรวดเรวในเวลาเพยงเศษเสยววนาท (Inflationary period) แรงระเบดก อใหเก ดหมอกธาตซ งแสงไม สามารถทะลผานได (Plasma period) ตอมาจกรวาลทกำาลงขยายตวเร มเยนลง หมอกธาตเรมรวมตวกนเปนอะตอม จกรวาลเร มโปรงแสง ใน

ทางทฤษฎแลวพนทบางแหงจะมมวลหนาแนนกวา รอนกวา และเปลงแสงออกมามากกวา ซงตอมาพนทเหลานไดกอตวเปนกลมหมอกควนอนใหญโตมโหฬาร และภายใตกฎของแรงโนมถวง กลมหมอกควนอนมหมานไดคอยๆ แตกออก จนเปนโครงสรางของ กาแลกซ “ ” (Galaxy) ดวงดาวตาง ๆ ไดกอตวขนในกาแลกซ และจกรวาลขยายตวออกอยางตอเนองจนถงปจจบน

บกแบง เปนทฤษฎทอธบายถงการระเบดใหญ ททำาใหพลงงานสวนห น ง เ ป ล ย น เ ป น เ น อ ส า ร ม ววฒนาการตอเนองจนเกดเปนกาแลกซ เนบวลา ดาวฤกษ ระบบสรยะ โลก ดวงจนทร มนษย และสงมชวตตางๆ      กาแลกซตางๆ  เกดหลงบกแบงอยางนอย 1,000 ลานป ภายในกาแลกซมธาตไฮโดรเจนและฮเลยมเปนสารเบองตนซงกอกำาเนดเปนดาวฤกษรนแรกๆ สวนธาตตางๆทมมวลมากกวาฮเลยมเกดจากดาวฤกษขนาดใหญ 

ขอสงเกตทสนบสนนทฤษฎบกแบง ปร�กฏก�รณอย�งนอย 2

อย�ง ไดแก

1. ก�รขย�ยตวของเอกภพ  ฮบเบล นกดาราศาสตรชาวอเมรกนคนพบวา กาแลกซเคลอนทไกลออกไปดวยความเรวทเพมขนตามระยะหาง กาแลกซทอยไกลยงเคลอนทหางออกไปเรวกวากาแลกซทอยใกล นนคอ เอกภพกำาลงขยายตว จากความเขาใจในเร องนท ำาใหนกดาราศาสตรสามารถคำานวณอายของเอกภพได

2. อณหภมพนหลงอวก�ศ ซงปจจบนลดลงเหลอ 2.73 เคลวน การคนพบอณหภมของเอกภพในปจจบน หรออณหภมพนหลง  เปนการคนพบ

โดยบงเอญโดยนกวทยาศาสตรชาวอเมรกา  2  คน คอ อารโน เพนเซยส  และ  โรเบรต วลสน แหงหองปฏบตการเบลเทเลโฟน

ก�รระเบดครงยงใหญหรอบกแบง (Bing Bang Theory )

ก�รระเบดครงยงใหญหรอบกแบง (Bing Bang Theory ) คอ ทฤษฎหนงทอธบายกำาเนดของเอกภพ กลาววา เอกภพเร มตนจากความเปนศนย ทงขนาดและเวลา และมความหนาแนนเปนอนนต ไมมเวลา ไมมแมแตความวางเปลา เอกภพกำาเนดขนโดยการระเบด และหลงจากนน

เอกภพกเรมขยายตวออกอนภาคมลฐาน อะตอม โมเลกลตางๆคอยๆ เกดขนหลงจากนน คาดวาการระเบดใหญนนเกดขนเมอประมาณ 10,000-20,000 ลานปทแลว ซงตวเลขนหมายถงอายของเอกภพดวย ทฤษฎนเปนทยอมรบกนกวางขวางทสดในปจจบน เนองจากสามารถอธบายสงตางๆได เชน การขยายตวของเอกภพ และการแผรงสพนหลงของเอกภพ การระเบดครงยงใหญหรอบกแบง (Bing Bang)

นกดาราศาสตรคำานวณวาจกรวาลวาประกอบไปดวยกาแลกซประมาณ ๑ ลานลานกาแลกซ และแตละกาแลกซมดาวฤกษอยางเชนดวงอาทตยอยประมาณ ๑ ลานลานดวง และสรยจกรวาลของเราอยปลายขอบของกาแลกซทเรยกวา ทางชางเผอก “ ” (Milky Galaxy) และกาแลกซทางชางเผอกกอยปลายขอบของจกรวาลใหญทงหมด เราจงมไดเปนศนยกลางของ

จกรวาลเลย ไมวาจะในความหมายใด และได มน กดาราศาสตรกสนใจวาจกรวาลจะสนสดลงอยางไร มทฤษฎทอธบายเรองนอย ๓ ทฤษฎ ทฤษฎแรก กลาววา

Abbe   Georges Lemaitre เช อวาในอดตกาลนานแสนนานมาแลว เอกภพมไดกวางใหญไพศาลนก มลกษณะเปนรปทรงกลมเสนผาศนยกลางประมาณ

4,000 ไมล Lemitre เรยกทรงกลมทเป นจดก ำาเน ดของสสารนว า "อะตอมแรกเร ม" (Primeval Atom) ซงประกอบดวยสวนยอยของ อะตอมอกมากมาย ทอยรวมกนอยางหนาแนนมากเปนพเศษมลกษณะเปนทรงกลมใหญ หรออะตอมขนาดยกษอะตอมแรกเร มมนำาหนกโดยรวมป ร ะ ม า ณ 2 พ น ล า น ต น ต อ ล ก บ า ศ ก น ว  

ในป พ.ศ.2472 ฮบเบล (Edwin P.Hubble) ไดศกษาสเปกตรมของดาราจกรตางๆ 20 ดาราจกร

ซงอยไกลทสดประมาณ 20 ลานปแสง พบวาเสนสเปกตรมไดเคลอนไปทางแสงสแดง ดาราจกรทอยหางออกไป จะมการเคลอนทไปทางแสงสแดงมาก แสดงวาดาราจกรตางๆ กำาลงคลนทหางไกลออกไปจากโลกทกททกทๆ พวกทอยไกลออกไปมากๆจะมการเคลอนทเรวขน ดาราจกรทหางประมาณ 2.5 พนลานปแสง มความเรว 38,000 ไมลตอวนาท สวนพวกดาราจกร ทอยไกลกวานมควาเรวมากขนตามลำาดบ ความสมพนธระหวางระยะทางของดาราจกรและ ความเรวแหงการเคลอนท เรยกวา "กฎฮบเบล (Law of Hubble)" ทฤษฎน อาจเรยกวา "การระเบดของเอกภพ" (Exploding Universe) กได แตปจจบนน เรยกวา ทฤษฎบกแบง 

George Gamovv ( จ อ ร จ ก � ม อ ฟ ) น กวทยาศาสตรอเมรกนสญชาตรสเซย เปนผคนควาเกยวกบทฤษฎบกแบง โดยคำานวนวาขณะทระเบดนน อะตอมแรกเร มมอณหภมประมาณ 25,000 ลานลานฟาเรนไฮต เอกภพเปนลกไฟสวางจา หลงจากนนอณหภมลดลงอยางรวดเรวมาก ในขณะทอากาศได ขยายต วออกช ว เวลวเพยง 4 นาท

อณหภมของ เอกภพจะเหลอเพยง 1,000 ลานองศาฟาเรนไฮต เมอเวลาผานไปถง 250 ลานป อณหภมของเอกภพ จะลดลงไปจากศนย ประมาณ 200 องศา ในระยะหลงนเอกภพจะมดมนจนกลมเมฆของเอกภพแตกตวเปน "ดาราจกรแรกเรม" ตอมาจงมดาวเกดขนอยภายในดาราจกรแรกเรมต า ง ๆ เ ห ล า น น เ อ ก ภ พ จ ง ส ว า ง อ ก ค ร ง ห น ง

ในป พ.ศ. ๒๕๓๕ ดาวเทยม โคบ “ ” (COBE) ขององคการนาซาแหงสหรฐอเมรกา ซงถกสงขนไปเพอศกษาประวตศาสตรของจกรวาลโดยเฉพาะ ไดคนพบรงสโบราณ ซงบงบอกถงโครงสรางของจกรวาลขณะเมอจกรวาลมอายเพยง ๓๐๐,๐๐๐ ป นบเปนการคนพบครงสำาคญทยนยนวา จกรวาลกำาเนดขนมาจากจดเรมตนของการระเบด และคลคลายตวตามคำา

อธบายในทฤษฎ บกแบง จรง เมอไดทฤษฎการกำาเนดจกรวาลแลว นก“ ”ดาราศาสตรกสนใจวาจกรวาลจะสนสดลงอยางไร มทฤษฎทอธบายเรองนอย ๓ ทฤษฎ

ทฤษฎแรก กลาววาเมอแรงระเบดสนสดลง มวลอนมหมาของกาแลกซตางๆ จะดงดดซงกนและกน ทำาใหจกรวาลหดตวกลบจนกระทงถงกาลอวสาน

ทฤษฎทสอง อธบายวา จกรวาลจะขยายตวในอตราชา ๆ จงเชอวานาจะม มวลดำา“ ”(dark matter) ทเรายงไมรจกปรมาณมหมาคอยยดโยงจกรวาลไว จกรวาลจะขยายตวไปเรอยๆ จนยากแกการสบคน

ทฤษฎทส�ม สตเฟน ฮอวกกง (Stephen Hawking) ไดเสนอวา

จกรวาลจะขยายตวในอตราความเรวทเพมขนอยางไมมทสนสด ทฤษฎบกแบงนนไดรบการเชอมตอดวยทฤษฎววฒนาการ (Evolution Theory) ของชารล ดารวน (Charles Darwin) เมอโลกเยนตวลงนน ปฏกรยาเคมจากมวลสารในโลกในทสดแลวกอใหเกดไอนำา และไอนำากอใหเกดเมฆ และเมฆตกลงมาเปนฝน ทำาใหเกดแมนำา ลำาธาร ทะเล และมหาสมทร ววฒนาการนมลกษณะแบบ กาวกระโดด “ ” (Emergent Evolution) เมอมสารอนนทรยและนำาปรมาณมหาศาลเปนเวลาทยาวนาน ในทสดคณภาพใหมคอ ชวต กเกดขน คำาวา บกแบง ทจรงเปนคำาลอเลยนทเกด“ ”จาก นกดาราศาสตร ชอ เฟรดฮอยล ซงเขาดหมนและตงใจจะทำาลายความนาเชอถอของทฤษฎทเขาเหนวาไมมทางเปนจรงอยางไรกด การคนพบ ไมโครเวฟพนหลง ในป ค.ศ. 1964 ยงทำาใหไมสามารถปฏเสธทฤษฎบกแบงได มหลกฐานสำาคญพสจนความถกตองของทฤษฎการเกดของเอกภพตาม

ทฤษฎการระเบดคร งใหญประการหนง คอ ในป ค.ศ. 1965 นกวทยาศาสตรท บรษท เบลล แลบอรอทอร สหรฐ ไดยนเสยบรบกวนของคลนวทยดงมากจาก รอบทศบนทองฟา นกวทยาศาสตรไดคำานวณไดแลววา ถาหากเอกภพมจดกำาเนด จากปฐมดวงไฟในจกรวาลเมอประมาณ 1.1 x 1010-1.8x1010 ปมาแลว ตาม ทฤษฎการระเบดคร งใหญของจกรวาลพลงงานทยงหลงเหลออยในการระเบด ครงใหญจะตองคนหาพบไดในปจจบน และจะมอณหภมประมาณ 3 องศาเหนอ ศนยองศาสมบรณ เนองจากพลงงานจะแผออกมาเปนไมโครเวฟ มความยาวคลน นอยกวา 1 ม.ม. ผลจากการไดยนเสยงคลนไมโครเวฟดงมากจากรอบทศทางบน ทองฟาดงกลาว เมอนกวทยาศาสตรทำาการวดอยางระมดระวงทำาใหนกวทยาศาสตร แนใจวา การแพรของคลนไมโครเวฟ บนทองฟาทวทศทาง คอ สวนทหลงเหลอ จากการระเบดครงใหญของจกรวาล

นกดาราศาสตรบางคนเชอวา "อะตอมแรกเรม" ประกอบดวยรงสและสวนยอยๆของอะตอม ซงมอณหภมสงนบเปนลานๆองศา แตมบางคนเชอวาอะตอมแรกเรมอาจประกอบดวยพลงงาน แตเพยงอยางเดยว มขนาดใกลเคยงกบขนาดของระบบสรยะ (80 A.U.) หลงจากระเบดแลว ประมาณ 100 ชวโมง พลงงานมหาศาลไดเปลยนรปไปเปนสวนยอยของอะตอม

ภาพจำาลองการกำาเนดของจกรวาลตามทฤษฎบกแบง

สมมตฐ�นเอกภพบกแบงของก�มอฟ

ตามทฤษฎเอกภพของฟรดมานน ซงไดมาจากการประยกตทฤษฎสมพทธภาพ จะบอกไดวาเอกภพมจดเรม ซงกคอเงอนไขเบองตน ถงทฤษฎสมพทธภาพจะบอกไมไดวาเงอนไขขางตนนมาจากไหน แตมนกบอกใหเรารวา เอกภพเรมกำาเนดโดยมเงอนไขเบองตน แตอยางไรกตามทฤษฎนไมไดบอกเราวาเอกภพตอนเรมกำาเนดนนรอนหรอเยน แลวทำาไมกามอฟถงคดวาเอกภพกำาเนดดวยความรอนสง แตเพอทจะเขาใจตรงนกลองมาคดกลบดวาทำาไมเอกภพทเยนจงเปนไปไมไดเชนกน ถงแมโลกจะมธาตมากมายหลายชนด เมอดทงเอกภพจะเหนวาเกอบทงหมดเปนธาตไฮโดรเจน เพราะวาไฮโดรเจนประกอบขนจากโปรตอนและอเลกตรอนเรากจะบอกไดวาตอนทเอกภพกำาเนดและมขนาดเลกมาก อเลตรอนจะรวมเขาไปในโปรตอนกลายเปนนวตรอน นนกคอเอกภพทเยน ในชวงแรกจะเตมไปดวยนวตรอนและเมอเอกภพขยายตวขน นวตรอนจะสลายตวแบบเบตา กลายเปนโปรตอนและอเลตรอน โปรตอนนนจะทำาปฏกรยารวมตวกบนวตรอนกลายเปนตว ท

เรยม (ไฮโดรเจนหนก) และดวทเรยมจะรวมตวกบนวตรอนเปน ตเตยม ซงจะสลายตวแบบเบตา กลายเปน He-3 และเมอนวตรอนอกตวรวมกบ He-3 กจะไดอะตอมฮเลยม และปฏกรยานวเคลยรกจะเกดตอกนไป ธาตหนกตางๆ กจะเกดขนในเอกภพตอๆ กนไปเชนกน แตในความเปนจรงนนในเอกภพมไฮโดรเจน 75% ฮเลยม 24% และอก 1% เปนธาตอนๆ นนกคอเกอบทงหมดเปนธาตเบาสองธาต คอ ไฮโดรเจนและฮเลยม ซงขดกบสมมตฐานของเอกภพเยนขางตน เพราะฉะนนกามอฟจงคดวาเพอใหขนตอนการเกดธาตหนกไมตดตอกนไป จะตองคดวาเอกภพเมอกำาเนดนนมอณหภมสงมาก ถาเอกภพรอนถงจะเกดปฏกรยารวมตวกนและกอธบายไดวาทำาไมธาตหนกจงหยดแคฮเลยมเทานน และนกคอทมาของความคดสมมตฐานเอกภพบกแบงของกามอฟ ทอธบายกำาเนดและปรมาณธาตในเอกภพ (กามอฟไมไดบอกวาบกแบงเปนตนเหตของการขยายตวของเอกภพ เพยงแตบอกวาเพอทจะอธบายกำาเนดและปรมาณธาตในเอกภพ และเอกภพจะตองเกดดวยบกแบงเทานน)

เอกภพบกแบงไดกล�ยเปนโมเดลม�ตรฐ�นของเอกภพ

เมอกามอฟประกาศทฤษฎอนน เขาไดพยากรณสงทนาสนใจไวสงหนงซงบอกวาถาเอกภพเกดขนจากบกแบงทรอนมากๆ จะตองมรองรอยของมนเหลอปรากฏอยในเอกภพปจจบน รองรอยทวานนคออะไร ถาเอกภพเยนลงเมอขยายตว แสดงวาแสงทอยในเอกภพตอนบกแบงนนกตองเหลออยในเอกภพปจจบนดวย โดยทแสงนนเมอเยนลงความยาวคลนจะยาวขน และกามอฟคำานวณวาแสงทอยในเอภพบกแบงนนปจจบนจะมความยาวคลนในเขตไมโครเวฟซงเทยบกบอณหภมได 7 องศาสมบรณ (เคลวน) แตในชวงนนนกวทยาศาสตรทสนใจเกยวกบกำาเนดของเอกภพมไมมาก และทฤษฎการทำานายของกามอฟนแทบไมไดรบความสนใจเทาไรเลย แตเมอป 1964 นกวจยชาวอเมรกน 2 คน ชอ เพนเซยสและวนสน

ไดคนพบโดยบงเอญวาเอกภพนเตมไปดวยคลนไมโครเวฟขนาด 3 เคลวน ซงอยทกหนแหงและทกทศทางอยางสมำาเสมอ และนกคอรองรอยของบกแบงตามทกามอฟไดพยากรณไวนนเอง และในทสดเอกภพบกแบงกไดเปนทยอมรบกนและโมเดลนกไดเปนโมเดลมาตรฐานในการศกษาคนควาเกยวกบเอกภพในเวลาตอมา โมเดลอนๆ เชน เอกภพทไมมจดกำาเนดของไอนสไตนเปนอนตองตกกระปองไป

คำ�ถ�ม ทฤษฏบกแบง

1. ทฤษฎทอธบ�ยเกยวกบก�รกำ�เนดของเอกภพ ทเปนทยอมรบอย�งกว�งขว�งในปจจบน คอทฤษฎอะไร ก. เอกภพข. บกแบงค. สมพนธภาพง. ดาราศาสตร

2. ทฤษฎ บกแบง “ ” (Big Bang Theory) คออะไร ทฤษฎวาดวยการกำาเนดของเอกภพ โดยเอกภพเกดขนจากการระเบดครงใหญทฤษฎวาดวยการกำาเนดของเอกภพ โดยเอกภพเกดขนจากการระเบดของ

อวกาศทฤษฎวาดวยการกำาเนดของเอกภพ โดยเอกภพเกดขนจากการระเบดของจกวาลและดวงอาทตยทฤษฎวาดวยการกำาเนดของเอกภพ โดยเอกภพเกดขนจากการระเบดของกาแลกซทางชางเผอก

3. ทฤษฎบกแบง  หรอทฤษฎก�รระเบดเปนทยอมรบม�กกว�ทฤษฎอนเพร�ะเหตใด

ก.       การคนพบควอซารข.       การคนพบรงสความรอนค.       การขยายตวของระบบสรยะอยางตอเนองง.        ทง 3 ขอรวมกน

4. ทฤษฎบกแบง ไดอธบ�ยหลกก�รสำ�คญไวว�อย�งไรก. พระเจาเปนผสรางข. ธรรมชาตเปนผสรางค. มวลเปลยนรปเปนพลงงานได ง. พลงงานเปลยนรปเปนมวลได

5. เอกภพประกอบดวยระบบเลกกว� มอะไรบ�งก. ระบบสรยะและระบบกาแลกซ ข. ระบบสรยะและระบบจกวาลค. ระบบจกวาลและระบบดาราศาสตรง. ระบบอวกาศและกาแลกซทางชางเผอก

6. สงมชวตต�งๆ  ก�แลกซต�งๆ  เกดหลงบกแบงอย�งนอย กล�นปก. 25,000 ลานปข. 15,000 ลานปค. 2,000 ลานป

ง. 1,000 ลานป7. ในป พ.ศ. ๒๕๓๕ ด�วเทยม โคบ “ ” (COBE) ขององคก�รน�ซ�แหงสหรฐอเมรก� ซงถกสงขนไปเพอศกษ�ประวตศ�สตรของจกรว�ลโดยเฉพ�ะ ไดคนพบรงสโบร�ณ ซงบงบอกถงโครงสร�งของจกรว�ลขณะเมอจกรว�ลมอ�ยเพยง กป

ก. 100,000 ปข. 200,000 ปค. 300,000 ปง. 400,000 ป8. สรยจกรว�ลของเร�อยปล�ยขอบของของบรเวณก�แลกซทมชอเรยกว�อะไร ก. กาแลกซทางชางสารข. กาแลกซทางชางพรายค. กาแลกซทางดานซายง. กาแลกซทางชางเผอก

9. หลงก�รระเบดของบกแบง ภ�ยใตกฎของแรงโนมถวง กลมหมอกควนอนมหม�ไดคอยๆ แตกออก และส�ม�รถรวมกน จนเปนโครงสร�ง ของสงใดในจกว�ล

ก. กาแลกซและระบบสรยะข. กลมดาวเคราะหและดาวลกไกค. อกาบาศกและฝนง. หลมดำาอวกาศและพลงงานความรอนหลงระเบด

10. ขอใดใหคว�มหม�ยของ ท�งช�งเผอก ไดถกตอง“ ”

ก. วงดาวตางๆ ทวางตวในแนวเดยวกนข. กาแลกซเหลาดาวเคราะหในระบบสรยะทอยในระนาบเดยวกน

ค. ดาวฤกษจำานวนมากทอยในทางเดยวกนง. ดาวฤกษและดาวเคราะหจำานวนมากท อยในทางเดยวกน