กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#18 ทฤษฎีบิกแบง กำเนิดจักรวาล (Big Bang Theory)
ทฤษฎีบิกแบง “Big Bang Theory” เป็นทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดในการอธิบายกำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากหลักฐานทางวิทยาศาสตร์และจากการสังเกตุทางดาราศาสตร์ต่างๆ ทฤษฎีนี้เกิดจากการค้นพบว่า galaxy ต่างๆกำลังเคลื่อนห่างออกไปจากตำแหน่งที่เคยอยู่ด้วยความเร็วสูงในทุกทิศทุกทาง ราวกับว่าพวกมันถูกขับเคลื่อนด้วยแรงระเบิดเมื่อครั้งโบราณ นั่นหมายความว่า “จักรวาลมีการขยายตัวอยู่ตลอดเวลา” และเมื่อนักวิทยาศาสตร์คำนวณอัตราเร็วของการขยายตัว ทำให้ทราบถึงอายุของจักรวาล รวมทั้งทฤษฎีการกำเนิดจักรวาลด้วย slideplayer.com Singularity nasa.gov จากทฤษฎีบิกแบง (Big Bang Theory) จักรวาลเริ่มต้นจากจุดที่เล็กมากที่เรียกว่า “Singularity” ซึ่งเป็นจุดที่สสารและพลังงานทั้งหมดถูกอัดแน่นด้วยแรงกดดันที่รุนแรงจนมีขนาดเล็กมากแบบไม่มีที่สิ้นสุด มีความหนาแน่นมากแบบไม่มีที่สิ้นสุด และมีความร้อนสูงมากแบบไม่มีที่สิ้นสุดเช่นกัน (infinitely small, infinitely dense, infinitely hot) กฎทางฟิสิกส์ต่างๆไม่สามารถใช้อธิบายปรากฎการณ์ในช่วงนี้ได้ และนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามี singularity อยู่ในใจกลางของบรรดาหลุมดำในจักรวาล Big Bang Explosion express.co.uk ต่อมามีการระเบิดของ Singularity อย่างรุนแรง การระเบิดครั้งใหญ่นี้มีชื่อว่า “Big Bang” ทำให้สสารและพลังงานที่เคยถูกบีบอัดรวมตัวอยู่กันอย่างหนาแน่นใน Singularity มีการกระจายตัวออกไปทุกทิศทุกทาง การเกิดจักรวาลจึงนับเวลาตั้งแต่การระเบิด Big […]
กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#17 ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ตอนที่ 6 Gravitational Waves (2)
เมื่อ 100 ปีที่ผ่านมา ไอน์สไตน์ได้ทำนายการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง (gravitational waves) ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (Theory of general relativity, 1915) คลื่นเหล่านี้เกิดจากการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของวัตถุมวลมาก 2 มวลที่โคจรรอบกันและกัน เช่น หลุมดำหรือดาวนิวตรอน มารวมตัวกัน เมื่อปี 1993 นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ Russell Hulse และ Joseph Taylor ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์สำหรับการค้นพบหลักฐานทางอ้อมที่สนับสนุนการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง การหมุนรอบตัวเองของพัลซาร์ (pulsars) ทำให้เราที่อยู่บนโลกสามารถสังเกตุเห็นลำแสงของคลื่นวิทยุที่ถูกปลดปล่อยออกมาจากพัลซาร์เป็นช่วงจังหวะสม่ำเสมอ ด้วยเหตุนี้พัลซาร์จึงได้ชื่อว่าเป็นนาฬิกาในธรรมชาติที่ดีที่สุดของจักรวาล นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ทั้งสองใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุเฝ้าติดตามการปล่อยคลื่นวิทยุหรือ “radio plus” ของพัลซาร์ในระบบดาวคู่ Hulse-Taylor Binary พวกเขาพบว่าคาบการโคจร (orbital period) ที่ดาวทั้งสองโคจรรอบกันและกันลดลงตลอดเวลา แสดงถึงการเกิด “orbital decay” การค่อยๆลดลงของระยะห่างระหว่างดาวทั้งสอง เนื่องจากการสูญเสียพลังงานในรูปของคลื่นความโน้มถ่วงที่ถูกปลดปล่อยออกมา อัตราการสูญเสียพลังงานตรงกันกับที่ไอน์สไตน์ให้ไว้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ตั้งแต่นั้นมานักวิทยาศาสตร์หลายคนได้ศึกษาการปลดปล่อยคลื่นวิทยุของพัลซาร์ในระบบดาวคู่นิวตรอนอื่นๆ และพบผลลัพธ์ที่คล้ายกัน ถึงแม้นว่า Binary pulsars จะยืนยันการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง แต่มันเป็นวิธีการตรวจจับโดยทางอ้อม ซึ่งได้กระตุ้นให้เกิดการการค้นหาเพิ่มเติมโดยนักวิทยาศาสตร์หลายๆกลุ่มทั่วโลกตั้งแต่นั้นมา […]
กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#16 ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ตอนที่ 5 Gravitational Waves (1)
คำทำนายสุดท้ายและสำคัญที่สุดในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ (Einstein’s Theory of General Relativity, 1915) คือการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง”Gravitational waves” เมื่อ 100 ปีก่อน และเพิ่งได้รับการยืนยันการมีอยู่จริงของคลื่นนี้จากการตรวจจับโดยตรงเมื่อปี 2015 นักวิทยาศาสตร์ตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรกโดย LIGO (Laser Interferometer Gravitational Observatory) คลื่นความโน้มถ่วงแรกที่ตรวจจับได้นี้เกิดขึ้นจากการที่หลุมดำสองอันเคลื่อนที่มาชนและรวมตัวกัน การปะทะกันเกิดขึ้นเมื่อ 1.3 พันล้านปีก่อน แต่ระลอกคลื่นพึ่งเดินทางมาถึงโลกในปี 2015! คลื่นความโน้มถ่วงเป็น ‘ระลอกคลื่น’ ในอวกาศ-เวลา (ripples in space-time) ที่มีกระบวนการกำเนิดที่รุนแรงในจักรวาล ไอน์สไตน์ทำนายการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วงในปี 1915 ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา สมการคณิตศาสตร์ของไอน์สไตน์แสดงให้เห็นว่ามีสิ่งพิเศษเกิดขึ้นในจักรวาล เมื่อวัตถุมวลมากสองอัน เช่น ดาวนิวตรอนหรือหลุมดำที่โคจรรอบกันและกัน เคลื่อนที่เข้าหากันด้วยความเร่ง จนถึงความเร็วสูงสุดในเสี้ยววินาทีสุดท้ายของการมาชนและรวมตัวกัน มวลมหาศาลบางส่วนของพวกมันได้แปรเปลี่ยนไปเป็นพลังงานความโน้มถ่วง (ตามกฎการอนุรักษ์พลังงานและสมการของไอน์สไตน์ E = mc2) และเดินทางออกจากแหล่งกำเนิดแบบแผ่ขยายออกไปทุกทิศทุกทาง ปรากฏการณ์นี้ไปรบกวน fabric ของอวกาศ-เวลา เกิดการกระเพื่อมเป็นระลอกคลื่นของอวกาศ-เวลา เหมือนกับระลอกคลื่นในสระน้ำที่เกิดขึ้นเมื่อมีการโยนหินลงไป เรียกคลื่นที่เกิดขึ้นนี้ว่า คลื่นความโน้มถ่วง […]
กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#15 ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ตอนที่ 4 Precession of Mercury
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (Theory of general relativity, 1915) เป็นทฤษฎีความโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ซึ่งสามารถอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆในจักรวาลได้กว้างกว่า ดีกว่า และมีความแม่นยำกว่ากฎความโน้มถ่วงของนิวตัน แต่ในบริเวณที่ความโน้มถ่วงน้อยๆ หรือกับสิ่งที่มีความเร็วน้อยๆ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปให้การทำนายเหมือนกับกฎความโน้มถ่วงของนิวตัน ปัญหาหนึ่งที่กฎความโน้มถ่วงของนิวตันไม่สามารถอธิบายได้นั่นคือ การส่ายที่ผิดปกติของวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ของดาวพุธ (Anomalous precession of Mercury) ซึ่งเป็นปริศนาลึกลับในโลกฟิสิกส์มานานนับสองร้อยปี และในที่สุดในปี 1915 ไอน์สไตน์ได้ประกาศในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปว่า เขาสามารถอธิบายการส่ายที่ผิดปกติของดาวพุธได้ และไอน์สไตน์แสดงให้เห็นว่ากฎความโน้มถ่วงของนิวตันล้มเหลวในการอธิบายปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในบริเวณที่มีมวลขนาดใหญ่ เช่น ดวงอาทิตย์ อย่างในกรณีนี้ Nick Jonas, Robin Schulz – Right Now จากกฎฟิสิกส์ของนิวตัน “Newtonian Physics” วงโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์เป็นรูปวงรี และจุดในวงโคจรของดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดเรียก “perihelion” ส่วนจุดที่อยู่ไกลจากดวงอาทิตย์ที่สุดเรียก “aphelion” thegreatcoursesplus.com นิวตันยังได้อธิบายถึงสาเหตุที่วงโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์เป็นรูปวงรีและความเร็วในการโคจรไม่คงที่ว่า เป็นผลมาจากการ balance ระหว่างความโน้มถ่วง (gravity) และความเฉื่อย (inertia) และวงโคจรทำซ้ำตัวเองทุกครั้งที่ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ ส่งผลให้จุด […]
กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#14 ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ตอนที่ 3 Gravitational Redshift
quora.com แสงคือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic waves) แสงที่ตามองเห็นได้ (visible light) เป็นส่วนหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า อยูในช่วงคลื่น 400 – 700 นาโนเมตร แสงแต่ละสีมีความยาวคลื่นแตกต่างกัน สำหรับแสงที่ตามองเห็นได้นั้น แสงสีม่วงมีความยาวคลื่นสั้นที่สุด(ความถี่คลื่นสูงสุด) แสงสีแดงมีความยาวคลื่นมากที่สุด (ความถี่คลื่นต่ำสุด) slideplayer.com ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ (Doppler Effect) เป็นปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่น เนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างทิศทางการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดคลื่นกับผู้สังเกตการณ์ ปรากฏการณ์ที่วัตถุเคลื่อนที่เข้าหาผู้สังเกตุการณ์แล้วความยาวคลื่นสั้นลงหรือความถี่สูงขึ้นว่า “การเลื่อนไปทางน้ำเงิน (blueshift)” และเรียกปรากฏการณ์ที่วัตถุเคลื่อนที่ออกจากผู้สังเกตุการณ์ แล้วความยาวคลื่นจะยาวขึ้นหรือความถี่ต่ำลงว่า “การเลื่อนไปทางแดง (redshift)” นักดาราศาสตร์ทราบว่าจักรวาลมีการขยายตัวอยู่ตลอดเวลา จากการสังเกตุเห็นการเลื่อนทางแดงของกาแล็กซี่ (red-shifting) กฎความโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ (Einstein’s law of gravitation) ไม่มีอะไรเกี่ยวข้องกับแรง มันอธิบายพฤติกรรมของวัตถุในแง่การเคลื่อนที่ในสนามโน้มถ่วง เช่น การโคจรของดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ ตามทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไป (Theory of general relativity, 1915) ไอน์สไตน์สรุปว่าแสงเหมือนกับวัตถุอื่น ๆ เคลื่อนที่เป็นเส้นโค้งในบริเวณที่มีสนามความโน้มถ่วงของวัตถุมวลมาก “Bending […]
กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#13 ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ตอนที่ 2 Gravitational Lensing
การเบี่ยงเบนของแสง (The Bending of Light) theguardian.com จากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ (Theory of General Relativity, 1915) โดยปกติแล้วแสงเดินทางเป็นเส้นตรงในอวกาศที่ว่างเปล่า แต่เมื่อเดินทางผ่านวัตถุขนาดใหญ่ในอวกาศ ความโค้งของ space-time หรือ gravity ในบริเวณนั้น ส่งผลให้แสงเบี่ยงเบนหรือเดินทางเป็นเส้นโค้ง ไอน์สไตน์ได้ตระหนักดีว่า วิธีเดียวที่จะพิสูจน์ทฤษฎีของเขาในเรื่อง การเบี่ยงเบนของแสงอันเนื่องจากอิทธิพลของสนามความโน้มถ่วงรอบวัตถุที่มีมวลมาก คือต้องทำในช่วงเวลาที่มีสุริยุปราคา (solar eclipse) ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ดวงจันทร์ได้เคลื่อนเข้ามาบดบังแสงอาทิตย์ทำให้โลกมืดมิดในตอนกลางวัน ซึ่งจะทำให้คนบนโลกสามารถถ่ายภาพดาวฤกษ์ (stars) ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ได้ ภาพ Albert Einstein และ Arthur Eddington (sciencephoto.com) การตรวจสอบที่พิสูจน์ว่าการคาดการณ์ของไอน์สไตน์นั้นถูกต้อง ครั้งแรกเกิดขึ้น 4 ปีหลังจากที่ไอน์สไตน์ประกาศทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป โดย Arthur Eddington นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ ใช้โอกาสเหมาะของปรากฏการณ์สุริยุปราคาที่เกิดขึ้นในวันที่ 29 พฤษภาคม 1919 ทำการตรวจสอบความถูกต้องของทฤษฎีนี้ สมมติว่ามีดาวฤกษ์ดวงหนึ่งอยู่ห่างจากโลกหลายพันปีแสง การเกิดสุริยุปราคาทำให้เราสามารถเห็นดาวฤกษ์ดวงนั้นในช่วงเวลากลางวัน ตามปกติแสงจากดาวฤกษ์เดินทางเป็นเส้นตรงในอวกาศ แต่เมื่อแสงผ่านเข้าใกล้ขอบของดวงอาทิตย์ […]
กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#12 ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ตอนที่ 1 Gravity
flatearth.ws ส่วนหนึ่งของความเป็นอัจฉริยะของไอน์สไตน์คือ ความสามารถในการมองสิ่งต่างๆจากมุมมองใหม่ทั้งหมด และติดตามอย่างเป็นเหตุเป็นผล ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอสไตน์ (Einstein’s Theory of General Relativity; 1915) ได้ปฏิวัติความเข้าใจในเรื่องของความโน้มถ่วง (gravity) ทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้ตระหนักถึงข้อผิดพลาดที่สำคัญในการอธิบาย gravity ของนิวตัน ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปนั้นมีความถูกต้องแม่นยำมากกว่า มีความซับซ้อนมากกว่า สามารถอธิบายปรากฏการณ์ที่ไม่สามารถอธิบายได้โดยใช้กฎของนิวตัน ยกตัวอย่างเช่น กฎความโน้มถ่วงสากลของนิวตัน ไม่สามารถใช้ได้กับวัตถุที่มีขนาดเล็กมากๆ เช่น อะตอม หรือ อิเล็กตรอน และไม่สามารถอธิบายวงโคจรของดาวพุธได้ ซึ่งไอน์สไตน์ได้ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป อธิบายมุมที่วงโคจรของดาวพุธเบี่ยงออกไปได้อย่างถูกต้องและสมบูรณ์ ในศตวรรษที่ผ่านมาการทำนาย/คาดการณ์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ได้รับการตรวจสอบซ้ำแล้วซ้ำอีก จากการตรวจวัดความแม่นยำที่ทันสมัยของนักวิทยาศาสตร์ และได้ผ่านการพิสูจน์ว่า มีความถูกต้อง แม่นยำ แต่ไม่ได้หมายความว่ากฏของแรงโน้มถ่วงของนิวตันผิดหรือไม่ควรนำมาใช้แล้ว มันยังสามารถใช้อธิบายสิ่งต่างๆในชีวิตประจำวันได้ โดยเฉพาะบนโลกเราที่ซึ่งมีความโน้มถ่วงต่ำ และใช้ได้เฉพาะกับความเร็วเล็กน้อย เช่น ความเร็วที่น้อยกว่าความเร็วแสงมากๆ Imagine Dragons – Believer Albert Einstein insidetheperimeter.ca ไอน์สไตน์ใช้เวลา 11 ปีในการศึกษาเรื่องของความโน้มถ่วง […]
กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#11 ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ตอนที่ 6 Time Travel
เดอะ ไทม์แมชชีน (The Time Machine) เป็นหนึ่งในนวนิยายวิทยาศาสตร์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดที่เขียนโดย เอช.จี เวลส์ (H.G Wells) ในปี 1895 ซึ่งมีอิทธิพลอย่างมากต่อโลก ในนวนิยายของเวลส์ นักท่องเวลาได้สร้างไทม์แมชชีนที่สามารถย้อนกาลเวลากลับไปในอดีตและเดินทางผ่านข้ามกาลเวลาไปสู่อนาคต ความคิดของการเดินทางข้ามเวลาที่ยิ่งใหญ่นี้ เป็นสิ่งน่าท้าทายสำหรับนักวิทยาศาสตร์มากมาย นักวิทยาศาสตร์หลายคนได้ทำการวิจัยมานานหลายทศวรรษเพื่อค้นหาว่ามนุษย์สามารถเดินทางข้ามเวลาได้หรือไม่ อย่างไรก็ตามเมื่อเราคิดถึง “การเดินทางข้ามเวลา” เรามักจะคิดถึงการเดินทางที่เร็วกว่าความเร็วแสง การเดินทางข้ามเวลาแบบนั้น ดูเหมือนจะเห็นเฉพาะในภาพยนตร์หรือหนังสือนิยายวิทยาศาสตร์ มันจะเป็นจริงหรือไม่ วิทยาศาสตร์บอกว่า ได้! Maître Gims – Je te pardonne ft. Sia Time Travel In Physics spaceplace.nasa.gov กว่า 100 ปีมาแล้ว อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ประกาศทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (Theory of special relativity; […]
กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#10 ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ตอนที่ 5 Mass, Energy, Speed of Light
ไอน์สไตน์ได้สร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (Theory of special relativity; 1905) บนสมมุติฐาน 2 ข้อ คือ 1) กฎทั้งหมดทางฟิสิกส์จะเหมือนกันในทุกกรอบอ้างอิงเฉื่อย 2) ความเร็วของแสงในสูญญากาศมีค่าคงที่ (ค่าเดียวคือ c = 300,000,000 เมตร/วินาที) สำหรับทุกผู้สังเกตการณ์ และความเร็วของแสงไม่ขึ้นกับการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดแสง หรือ การเคลื่อนที่ของผู้สังเกตุการณ์ จากสมมุติฐานที่สอง ไอน์สไตน์กล่าวว่า “ไม่มีสิ่งใดเคลื่อนที่เร็วกว่าแสง” ถ้าเราสังเกตุบางสิ่งที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้ความเร็วแสง สิ่งที่เราจะสังเกตุเห็น Time dilation เวลาของมันจะเดินช้าลง Length contraction ความยาวของมันหดสั้นลงในทิศทางที่เคลื่อนที่ Mass increase มวลของมันเพิ่มขึ้น Thomas Rhett – Star Of The Show Rest Mass & Relativistic Mass ในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ (Einstein’s […]
กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#9 ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ตอนที่ 4 Length Contraction
ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ (Einstein’s theory of special relativity; 1905) ใช้กับวัตถุในกรอบอ้างอิงเฉื่อยซึ่งไม่มีการเร่งความเร็ว หลักการสำคัญสองประการของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษคือ (1) กฎของฟิสิกส์นั้นเหมือนกันสำหรับผู้สังเกตการณ์ในกรอบอ้างอิงเฉื่อย (2) ความเร็วของแสงในสูญญากาศเป็นค่าคงที่ (300,000 กิโลเมตร/วินาที) สำหรับผู้สังเกตการณ์ทุกคน และไม่ขึ้นกับการเคลื่อนที่ของผู้สังเกตการณ์หรือแหล่งกำเนิดแสง ผลจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษที่เกิดขึ้นคู่กันเสมอ คือ ◦ การยืดออกของเวลา (Time dilation) ◦ การหดตัวของความยาว (Length contraction) สำหรับ Time dilation ผู้เขียนได้อธิบายไปแล้วในตอนที่ผ่านมา ในบทความนี้จะอธิบายเกี่ยวกับปรากฏการณ์ Length contraction Martin Garrix feat. JRM – These Are The Times การหดตัวของความยาว (Length Contraction) หนึ่งในแนวคิดที่แปลกประหลาดของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ (Einstein’s theory of special […]