เอกภพ

บทที่ 5 เอกภพ. . .

http://www.youtube.com/watch?v=-3-bL9kN2kU

http://www.youtube.com/watch?v=fxjJy8FSFwk

       

        

            
         
         เอกภพ หรือ จักรวาล (Universe) เป็นระบบที่ใหญ่ที่สุดและไร้ขอบเขต และเป็นห้วงอวกาศที่เต็มไปด้วยดวงดาวจำนวนมหาศาล ซึ่งเราจะเรียกดวงดาวที่เกาะกันเป็นกลุ่มว่า กาแล็กซี และในแต่ละกาแล็กซี ก็จะมีระบบของดาวฤกษ์ กระจุกดาว เนบิวลา หลุมดำ อุกกาบาต ฝุ่นผง กลุ่มก๊าซ และที่ว่างอยู่รวมกันอยู่ ซึ่งก็โลกอยู่ในกาแล็กซีหนึ่ง ที่เรียกกันว่า กาแล็กซีทางช้างเผือก นั่นเอง

         

         ต้นกำเนิด ที่แท้จริงของ เอกภพ นั้น ที่จริงมีอยู่หลายทฤษฎี แต่ทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับจากนักดาราศาสตร์มากที่สุดในปัจจุบัน ก็คือ ทฤษฎีบิ๊กแบง (Big Bang Theory) ของ " จอร์จ เลอแมตร์  " ที่เชื่อกันว่า เอกภพเริ่มต้นจากความเป็นศูนย์ ไม่มีเวลา ไม่มีแม้แต่ความว่างเปล่า และเอกภพกำเนิดขึ้นโดยการระเบิด ซึ่งหลังจากการระเบิดนั้น เอกภพ ก็เริ่มขยายตัวออกไป ก่อนที่จะเกิดอนุภาคมูลฐาน อะตอม และโมเลกุล ต่าง ๆ ขึ้นตามมาหลังจากนั้น ทั้งแรงระเบิดดังกล่าว ยังทำให้เกิดแรงดันระหว่างกาแล็กซีต่าง ๆ ให้ห่างกันออกไปเรื่อย ๆ ซึ่งแรงดันที่ถือว่าเป็นวิวัฒนาการของเอกภพมีอยู่แรง 2 แรง คือ แรงดันออกหลังจากการระเบิดครั้งใหญ่ และแรงโน้มถ่วงดึงดูดให้เอกภพเข้ามารวมตัวกัน ซึ่งทั้ง 2 แรงดังกล่าวเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดลักษณะของ เอกภพ ดังนี้

เอกภพปิด (Closed Universe) คือ เอกภพมีความหนาแน่นของมวลสารและพลังงานมากเพียงพอ จนแรงโน้มถ่วงสามารถเอาชนะแรงดันออกหลังจากการระเบิดครั้งใหญ่ได้ ในที่สุดเอกภพจะหดตัวกลับ และถึงจุดจบที่เรียกว่า บิ๊กครันช์ (Big Crunch)

เอกภพแบน (Flat Universe) คือ เอกภพมีความหนาแน่นของมวลสารและพลังงาน ในระดับที่ แรงโน้มถ่วง ได้ดุลกับแรงดันออกหลังจากการระเบิดครั้งใหญ่ ในที่สุดเอกภพจะขยายตัว แต่ด้วยอัตราที่ช้าลงเรื่อย ๆ

เอกภพเปิด (Open Universe) คือ เอกภพมีความหนาแน่นของมวลสารและพลังงาน ต่ำเกินไป ทำให้แรงโน้มถ่วง ไม่สามารถเอาชนะแรงดันออกหลังจากการระเบิดครั้งใหญ่ได้ เอกภพจะขยายตัวอย่างต่อเนื่องไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งอุณหภูมิของเอกภพเข้าใกล้ศูนย์องศาสัมบูรณ์ เมื่อถึงเวลานั้น จะไม่มีพลังงานหลงเหลืออยู่อีก อะตอมและโมเลกุลต่าง ๆ จะหยุดนิ่งไม่มีการเคลื่อนที่ใด ๆ เรียกว่า บิ๊กชิลล์ (Big Chill)

เอกภพวิทยาในอดีต

• เอกภพของชาวสุเมเรียน และบาบิโลเนียน
• เอกภพของกรีก
• เอกภพของเคปเลอร์
• เอกภพของกาลิเลโอ

เอกภพของชาวสุเมเรียน : The Sumerians

ในยุคเริ่มต้นประวัติศาสตร์ ช่วงเวลาประมาณ 7,000 ปีก่อนคริสต์ศักราช ชาวสุเมเรียนอาศัยอยู่ที่บริเวณตอนกลางของเอเชียในดิแดนที่ชื่อ " เมโสโปเตเมีย " ( ประเทศอิรัก ในปัจจุบัน ) ในบันทึกต่างๆพบการบันทึกตำแหน่งของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์โดยมีโลกแบน

• บันทึกตำแหน่งของดาวฤกษ์ และดาวเคาระห์โดยให้โลกเป็นศูนย์กลาง
• มีการบันทึกการตั้งชื่อกลุ่มดาวในท้องฟ้า
• อธิบายการเคลื่อนที่ของดวงดาว ตามความเชื่อที่ว่า " เทพเจ้าปกครองโลกท้องฟ้าและน้ำ "
• ให้ความหมายของเอกภพว่า " ท้องฟ้าที่ประกอบด้วยดวงดาวต่างๆ ที่เคลื่อนที่ไปตามเวลา ตามความประสงค์ของพระเจ้า "

เอกภพของชาวบาบิโลน : The Babylonians

ในช่วงเวลาประมาณ 2,000 ปี ถึง 500 ปี ก่อนคริสต์ศักราช ชาวบาบิโลนได้ริเริ่มสังเกตและจดบันทึกการเคลื่อนที่ของดวงดาวต่างๆเป็นประจำอย่างมีระบบ โดยอาศัยพื้นฐานความรู้ทางดาราศาสตร์ของชาวสุเมเรียน

• ทำแค็ตตาล็อก ( วาดภาพดาวฤกษ์ )ดาวฤกษ์และดาวเคราะห์พร้อมระบุเส้นทาง การขึ้น-ตก ของดวงดาวทุกๆวัน
• ทำนายการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ ดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์ได้อย่างถูกต้อง
• ทำนายการเปลี่ยนแปลงฤดูกาล ได้อย่างถูกต้อง
• ทำปฏิทิน แสดงฤดูกาล

เอกภพของกรีก : Greek cosmology

• อาศับข้อมูลจาก สุเมเรียน + บาบิโลน และคณิตศาสตร์
• โซคราตีส , ธาลีส , อเล็กซิมานเดอร์ , อเน็กซีมีนิส = ให้ความเห็นว่า " โลกเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ " 
• อลิสโตเติล พบว่า โลกมีลักษณะทรงกลม
• อริสตาร์คัส โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์

เอกภพของเคปเลอร์ :Johannes Kepler

โคเปอร์นิคัส พบว่า ดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะ ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงกลม

โญฮันเนส เคปเลอร์ เสนอกฎเคปเลอร์ 3 ข้อ
1. วงโคจรของดาวเคราะห์เป็นวงรี

2.เส้นที่ลากจากระหว่างดวงอาทิตย์กับดาวเคราะห์จะกวาดเป็นพื้นที่ได้เท้ากันในเวลาที่เท่ากัน

3.คาบ^2 แปรผันตรงกับ ระยะห่างจากดวงอาทิตย์

เอกภพของ กาลิเลโอ

กาลิเลโอ กาลิเลอี ใช้กล้องโทรทรรศน์ ศึกษาดาราศาสตร์พบว่า

•  ผิวดวงจันทร์มีภูเขา และหลุมอุกบาตร
• ทางช้างเผือกที่มองเห็นเป็นผ้าขุ่น แท้จริงคือ " ดาวฤกษ์ "

นิวตัน อธิบายว่า การที่บริวาลของดวงอาทิตย์สามารถสามารถโคจรรอบดวงอาทิตย์ได้ เพราะแรงโน้มถ่วง ขนาดของแรงขึ้นกับมวล และระยะห่าง

กำเนิดเอกภพ

ทฤษฎีบิกแบง : BIG BANG THEORY   เป็นการเปลี่ยนแปลงพลังงาน มาเป็น มวลสาร 
ขณะที่เกิดบิกแบง ได้ปรากฏอนุภาคพื้นฐาน ได้แก่ควาร์ก (Quark) อิเล็กตรอน นิวทรีโน และโฟตอน
อนุภาคเหล่อนนี้มีปฏิอนุภาค (Anti-particle)ของมันด้วย หากอนุภาคใดพบปฏิอนุภาคของมันจะเกิดการหลอมรวมกันของอนุภาคทั้งสอง ทำให้อนุภาคทั้งสองกลายเป็นพลังงาน ในเอกภพมีจำนวนอนุภาคมากกว่าจำนวนปฏิอนุภาคในเอกภพ และก่อให้เกิดเป็นสสารต่างๆ ในเอกภพในปัจจุบัน

http://www.youtube.com/watch?v=fIkwv4WB6zU

 

หลังเกิดบิกแบง 1 ไมโครวินาที อุณภูมิของเอกภพลดลงปริมาณ สิบล้านล้านเคลวินและควาร์ก รวมตัวกันกลายเป็น โปรตอนกับนิวตรอน

  หลังเกิดบิกแบงได้ 3 นาที อุณหภูมิของเอกภพลดลงไปอีกเป็นร้อยล้านเคลวินและเกิดการรวมตัวกันของโปรตอนกับนิวตรอนกลายเป็นฮิเลียมในช่วงนี้เอกภพขยายตัวเร็วมาก

  เมื่อเวลาผ่านไปประมาณ 300,000 ปี อุณหภูมิของเอกภพได้ลดลงเหลือ 10,000 เคลวิน นิวเคลียสของไฮโรเจนและฮีเลียมดึงอิเล็กตรอนเข้ามาเป็นวงจร เกิดเป็นอะตอม

  หลังเกิดบิกแบงอย่างน้อย 1,000 ล้านปี ได้เกิดมีกาแล็กซี โดยภายในกาแล็กซีมีธาตุไฮโดรเจนและฮีเลียม เป็นสารเบื้องต้นในการก่อกำเนิดดาวฤกษ์รุ่รแรกๆ


เป็นทฤษฎีที่ ได้รับการยอมรับ และมีหลักฐานสนับสนุนมาที่สุดในปัจจุบัน เรียกว่ายังหาทฤษฎีอื่นมาลบล้างยังไม่ได้ เริ่มจากการคิดตั้งของ Abbe George Lemaitre พระและนักดาราศาสตร์ชาวเบลเยียม เป็นผู้เสนอทฤษฎีกำเนิดจักรวาลแบบ Big Bang เมื่อปี ค.ศ.1927 

Lemitre ได้ความคิดกำเนิดจักรวาลแบบ Big Bang จากการค้นพบโดย Edwin Hubble ว่า จักรวาลประกอบด้วยกาแล็กซีต่างๆ มากมาย และกาแล็กซีต่างๆ ก็กำลังเคลื่อนที่หนีออกจากกัน Lemaitre จึงเสนอเป็นความคิดต่อว่า เป็นไปได้ที่บรรดากาแล็กซีต่างๆ ที่กำลังเคลื่อนที่หนีออกจากกันนั้น จริงๆ แล้ว ก็กำลังเคลื่อนที่ออกจากจุดกำเนิดในอดีตเดียวกัน

แต่ทฤษฎีกำเนิดจักรวาล จากการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ ได้รับการยอมรับในวงการดาราศาสตร์มากกว่า เพราะข้อมูลหลักฐานทางดาราศาสตร์ถึงปัจจุบัน สนับสนุนทฤษฎีกำเนิดจักรวาล จากการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ มากกว่าข้อมูลหลักฐานที่สำคัญ มีอยู่ 2 ประการ คือ 

(1) การขยายตัวของจักรวาล ซึ่งตามทฤษฎีกำเนิดจักรวาลจากการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ อธิบายว่า เป็นผลจากการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ในอดีตนั่นเอง ส่งผลให้ทุกสิ่งทุกอย่างในจักรวาล เคลื่อนที่หนีออกจากกัน จนกระทั่งทุกวันนี้สำหรับทฤษฎีสภาวะคงที่ ก็อธิบายการขยายตัวของจักรวาลได้เช่นกัน ว่า เป็นผลจากการเกิดของอนุภาคใหม่ ซึ่งอาจเกิดจากการสลายตัวของพลังงาน แล้วเปลี่ยนไปเป็นสสาร ตามสมการ 

 E = mc 2 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างสสารกับพลังงานของไอน์สไตน์ เมื่อมีอนุภาคใหม่เกิดขึ้น ก็ดันพื้นที่ของอวกาศรอบตัวอนุภาค ทำให้อนุภาคอื่นๆ ขยับ เคลื่อนที่ห่างออกไป ผลคือทำให้จักรวาลขยายตัว แต่คำอธิบายนี้ไม่ชัดเจนและหนักแน่นเท่าคำอธิบายการขยายตัวของจักรวาลตามทฤษฎีการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่

(2) การค้นพบคลื่นรังสีความร้อนระดับไมโคร เวฟ มีอุณหภูมิประมาณ 3 เคลวิน กระจายอยู่ทั่วไปในจักรวาลอย่างสม่ำเสมอ โดยนักวิทยาศาสตร์สองคน คือ โรเบิร์ต วิลสัน (Robert Wilson) และ อาร์โน เพนเซียส ( Arno Penzius ) เมื่อปี ค.ศ. 1965 ซึ่งทำให้จักรวาลมีสภาพคล้ายจมอยู่ในทะเลพลังงานความร้อน   
คลื่นรังสีความร้อนที่กระจายอยู่ทั่วไปในจักรวาลนี้ สอดคล้องรับกับทฤษฎีกำเนิดจักรวาลจากการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ได้อย่างดีว่า เป็นพลังงานของการระเบิดที่ยังหลงเหลืออยู่ถึงปัจจุบัน เพราะเมื่อคำนวณจากขนาดของพลังงานความร้อนที่เหลืออยู่ในปัจจุบัน ย้อนหลังไปสู่จุดกำเนิดที่มา ก็จะลงตัวได้อย่างค่อนข้างดี จนกระทั่งคลื่นรังสีความร้อนประมาณ 3 เคลวินนี้ ถูกเปรียบเทียบเรียกเป็น เสียงจากการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ที่ยังเหลืออยู่ให้ได้ยินกันในปัจจุบัน

สำหรับทฤษฎีสภาวะคงที่ ไม่มีคำอธิบายที่ดีสำหรับกำเนิดที่มาของพลังงานความร้อนประมาณ 3 เคลวินที่กระจายอยู่ทั่วไปในจักรวาลทำให้ทฤษฏีนี้ไม่เป็นที่ยอมรับกัน และนับวันจะมีผู้เชื่อน้อยลง

กาแล็กซี : Galaxy

กาแล็กซี (galaxy) เป็นบริเวณที่ประกอบด้วยดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ บริเวณของดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์น้อย ดาวหาง อุกกาบาต รวมทั้งแก๊สและฝุ่นธุลีในอวกาศกาแล็กซีเป็นส่วนหนึ่งของเอกภพ ซึ่งกำเนิดมาจากมวลของแก๊ส ภายใต้ความดันและแรงดึงดูดระหว่างกัน

กาแล็กซีทางช้างเผือก กาแล็กซีทางช้างเผือก เป็นกาแล็กซีที่ระบบสุริยะสังกัดอยู่ ในคืน เดือนมืดถ้าเรามองขึ้นไปบนท้องฟ้า จะเห็นเป็นแทบสีขาวพาดอยู่ ชาวกรี กจินตนาการว่าเป็นเสมือนทางน้ำนม จึงเรียกว่า "The Milky way" สำหรับคนไทยจินตนาการว่าเป็นทางเดินของช้างเผือก จึงเรียกว่า "ทางช้าง เผือก"

บริเวณใจกลางของกาแล็กซีมีดาวฤกษ์ กระจุกดาว แก๊สและฝุ่นธุลีอยู่หนาแน่น ลักษณะของกาแล็กซีมีรูปร่างคล้ายจักรหรือไข่ ดาว ด้ามองด้านบนจะเห็นเป็นรูปทรงกลมหมุนรอบตัวเองแบบทวนเข็มนาฬิกา แต่ ถ้ามองด้านข้างจะเห็นคล้ายจานแบน

กาแล็กซีประเภทต่างๆ

กาแล็กซีมีรูปทรงแตกต่างกันหลายประเภท ซึ่งสามารถแบ่งเป็นประเภทใหญ่ๆ ได้ 2 ประเภทคือ กาแล็กซีปกติ (Regular galaxy) ที่มีสัณฐานรูปทรงชัดเจนสามารถแบ่งได้ตามแผนภาพส้อมเสียง (Hubble Turning Fork) ตามที่แสดงในภาพที่ 1 และกาแล็กซีไม่มีรูปแบบ (Irregular Galaxy) ที่ไม่มีรูปทรงสัณฐานชัดเลย เช่น เมฆแมกเจลแลนใหญ่ เมฆแมกเจลแลนเล็ก ซึ่งเป็นกาแล็กซีบริวารของทางช้างเผือก

แผนภาพส้อมเสียงกาแล็กซีของฮับเบิล

ในต้นคริสศตวรรษที่ 20 เอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันได้ทำการศึกษากาแล็กซีด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ และจำแนกประเภทของกาแล็กซีตามรูปทรงสัณฐานออกเป็น 4 ประเภท ได้แก่

1.กาแล็กซีรี (Elliptical Galaxy) มีสัณฐานเป็นทรงรี แบ่งย่อยได้ 8 แบบ ตั้งแต่ E0 - E7 โดย E0 มีความรีน้อยที่สุด และ E7 มีความรีมากที่สุด 

 

2.กาแล็กซีกังหัน (Spiral Galaxy) แบ่งย่อยเป็น 3 แบบ กาแล็กซีกังหัน Sa มีส่วนป่องหนาแน่น แขนไม่ชัดเจน, กาแล็กซีกังหัน Sb มีส่วนป่องใหญ่ แขนยาวปานกลาง, กาแล็กซีกังหัน Sc มีส่วนป่องเล็ก แขนยาวหนาแน่น

3.กาแล็กซีกังหันแบบมีคาน หรือ กาแล็กซีกังหันบาร์ (Barred Spiral Galaxy) แบ่งย่อยเป็น 3 แบบ กาแล็กซีกังหันบาร์ SBa มีส่วนป่องใหญ่ไม่เห็นคานไม่ชัดเจน, กาแล็กซีกังหันบาร์ SBb มีส่วนป่องขนาดกลาง เห็นคานได้ชัดเจน, กาแล็กซีกังหันบาร์ SBc มีส่วนป่องเล็กมองเห็นคานยาวชัดเจน

4.กาแล็กซีลูกสะบ้า หรือ กาแล็กซีเลนส์ (Lenticular Galaxy) เป็นกาแล็กซีที่ไม่มีลักษณะก้ำกึ่งระหว่างกาแล็กซีรีและกาแล็กซีกังหัน กล่าวคือ ส่วนโป่งขนาดใหญ่และไม่มีแขนกังหัน (แบบ S0 หรือ SB0)

          นักดาราศาสตร์พบว่า กาแล็กซีส่วนใหญ่ที่พบร้อยละ 77 เป็นกาแล็กซีแบบกังหันและกังหันบาร์ มีขนาดใหญ่ องค์ประกอบหลักเป็นประชากรดาวประเภทหนึ่ง (Population I มีธาตุหนักเกิดจากซูเปอร์โนวา สว่างมาก อุณหภูมิสูง) ซึ่งมีอายุน้อย กาแล็กซีจึงมีสีน้ำเงินดังภาพที่ 2 กาแล็กซีร้อยละ 20 เป็นกาแล็กซีรี มีขนาดใหญ่ องค์ประกอบหลักเป็นประชากรดาวประเภทสอง (Population II ไม่มีธาตุหนัก สว่างน้อย อุณหภูมิต่ำ) ซึ่งมีอายุมากและไม่มีดาวเกิดใหม่ กาแล็กซีจึงมีแดงดังภาพที่ 3 ส่วนที่เหลือร้อยละ 3 เป็นกาแล็กซีไม่มีรูปแบบ มีขนาดเล็กและกำลังส่องสว่างน้อย มีประชากรดาวประเภทหนึ่ง