Newsletter subscribe
Universe

กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#31 การแผ่รังสีฮอว์คิง

Posted: 12/05/2021 at 16:31   /   Origin and Evolution of The Universe, Universe

สตีเฟน ฮอว์คิง สตีเฟน ฮอว์คิง (Stephen Hawking) เป็นนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี นักจักรวาลวิทยา และนักเขียน ซึ่งเป็นผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยของศูนย์จักรวาลวิทยาเชิงทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ก่อนที่เขาจะเสียชีวิตเมื่อปี 2018 ผลงานทางวิทยาศาสตร์ของเขารวมถึงความร่วมมือกับโรเจอร์ เพนโรส (Roger Penrose) สร้างทฤษฎีบทเอกฐาน (Penrose–Hawking singularity theorems) ในกรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป และการทำนายทางทฤษฎีว่าหลุมดำปล่อยรังสีซึ่งเรียกว่า “การแผ่รังสีฮอว์คิง (Hawking Radiation)” เขาเป็นคนแรกที่กำหนดทฤษฎีจักรวาลวิทยาที่อธิบายโดยรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ (Einstein’s Theory of general relativity) และกลศาสตร์ควอนตัม (Quantum mechanics) เข้าด้วยกัน   ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปคาดการณ์การมีอยู่ของหลุมดำ หลุมดำ (Black holes) เป็นวัตถุที่แปลกประหลาดที่สุดในจักรวาล ทั่วทั้งกาแล็กซี่ทางช้างเผือกของเรามีหลุมดำหลายล้านแห่งโคจรอยู่ภายใต้กฎความโน้มถ่วงเดียวกันกับมวลอื่นๆ ในจักรวาล   ในปี 1915 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้ประกาศทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (Theory of general relativity) หนึ่งในการคาดการณ์จากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่ลึกลับและน่าประหลาดใจที่สุด คือการมีอยู่ของหลุมดำ […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#26 บทที่ 4 หลักความไม่แน่นอน : ทวิภาคของคลื่น-อนุภาคของแสงและสสาร

Posted: 29/04/2021 at 14:51   /   A Brief History of Time, Universe

โดยทั่วไปกลศาสตร์ควอนตัมไม่ได้ทำนายผลลัพธ์ที่แน่นอนเพียงอย่างเดียวสำหรับการสังเกต แต่จะคาดการณ์ผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ที่แตกต่างกันจำนวนหนึ่งและบอกให้เราทราบว่าแต่ละอย่างมีความเป็นไปได้มากน้อยเพียงใด กล่าวคือถ้ามีการวัดแบบเดียวกันในระบบที่คล้ายคลึงกันจำนวนมากซึ่งแต่ละระบบเริ่มต้นด้วยวิธีเดียวกัน เราจะพบว่าผลลัพธ์ของการวัดจะเป็น A ในบางกรณีเป็น B เราสามารถคาดเดาจำนวนครั้งโดยประมาณว่าผลลัพธ์จะเป็น A หรือ B แต่ไม่สามารถทำนายผลลัพธ์เฉพาะของการวัดแต่ละครั้งได้ กลศาสตร์ควอนตัมจึงนำองค์ประกอบที่ไม่อาจหลีกเลี่ยงได้ของ “ความไม่สามารถคาดเดาได้ (Unpredictability)” หรือ “การสุ่ม (Randomness)” เข้ามาในวิทยาศาสตร์ ไอน์สไตน์คัดค้านเรื่องนี้อย่างรุนแรงแม้ว่าเขาจะมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาแนวคิดเหล่านี้ก็ตาม ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานทฤษฎีควอนตัม อย่างไรก็ตามไอน์สไตน์ไม่เคยยอมรับว่าจักรวาลถูกปกครองโดยบังเอิญ ความรู้สึกของเขาถูกสรุปไว้ในคำพูดที่มีชื่อเสียงของเขา“ พระเจ้าไม่เล่นลูกเต๋า” อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ส่วนใหญ่เต็มใจที่จะยอมรับกลศาสตร์ควอนตัม เพราะมันเห็นด้วยอย่างสมบูรณ์กับการทดลอง อันที่จริงมันเป็นทฤษฎีที่ประสบความสำเร็จอย่างโดดเด่นและอยู่ภายใต้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่เกือบทั้งหมด ควบคุมพฤติกรรมของทรานซิสเตอร์และวงจรรวมซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น โทรทัศน์และคอมพิวเตอร์ และยังเป็นพื้นฐานของเคมีและชีววิทยาสมัยใหม่ พื้นที่เดียวของวิทยาศาสตร์กายภาพที่กลศาสตร์ควอนตัมยังไม่ได้รวมเข้าด้วยกันอย่างเหมาะสมคือความโน้มถ่วงและโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาล   ในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 มีความก้าวหน้าอย่างมากในวงการฟิสิกส์ ฟิสิกส์คลาสสิกแบบนิวตันในเวลานั้นได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในวงการวิทยาศาสตร์ว่ามีความสามารถในการอธิบายและทำนายปรากฏการณ์ต่างๆได้อย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตามในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 นักฟิสิกส์พบว่ากฎของกลศาสตร์คลาสสิกใช้ไม่ได้ในระดับอะตอมและการทดลอง เช่น ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก ผลจากการสังเกตเหล่านี้นักฟิสิกส์ได้สรุปชุดของทฤษฎีที่ปัจจุบันรู้จักกันในชื่อ กลศาสตร์ควอนตัม (Quantum mechanics) ซึ่งเปลี่ยนวิธีที่นักฟิสิกส์มองจักรวาลโดยสิ้นเชิง และยังเป็นจุดสิ้นสุดของความคิดที่ว่าจักรวาลสามารถคาดเดาได้ ทฤษฎีทางกายภาพทั่วไปบอกคุณว่าระบบคืออะไรและวิวัฒนาการไปอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป กลศาสตร์ควอนตัมก็ทำเช่นกัน แต่ยังมาพร้อมกับชุดกฎใหม่ทั้งหมดซึ่งควบคุมสิ่งที่จะเกิดขึ้นเมื่อสังเกตหรือวัดระบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลการวัดไม่สามารถทำนายด้วยความมั่นใจอย่างสมบูรณ์แบบ สิ่งที่ดีที่สุดที่เราทำได้คือคำนวณ “ความน่าจะเป็น […]

No Comments read more

กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#30 หลุมดำ

Posted: 23/04/2021 at 13:45   /   Origin and Evolution of The Universe, Universe

หลุมดำคืออะไร หลุมดำ (Black hole) เป็นวัตถุที่แปลกประหลาดและน่าสนใจที่สุดในอวกาศ พวกมันเป็นพื้นที่ของอวกาศ-เวลา (space-time) ในจักรวาลที่มีความหนาแน่นและความโน้มถ่วงสูงมากซึ่งไม่มีสิ่งใดสามารถหลุดรอดออกไปได้แม้แต่แสง เราไม่สามารถเข้าใจภายในของหลุมดำได้ เพราะหลุมดำเป็นสถานที่ที่กฎของฟิสิกส์ถูกทำลายลง แนวคิดเรื่องหลุมดำมีมานานหลายศตวรรษแล้ว ในปี 1783 จอห์น มิทเชล (John Michell) ได้ตั้งทฤษฎีเกี่ยวกับดาวมืดซึ่งเป็นดาวที่มีขนาดใหญ่มากจนแรงโน้มถ่วงของมันดักจับแสง ในขณะที่มิทเชลสร้างแนวคิดเรื่องหลุมดำแต่ก็ไม่ได้รับเครดิตเพราะเขาไม่เคยขยายความคิดของเขา เป็นเวลากว่าสองศตวรรษที่ทฤษฎีของวัตถุที่มีขนาดใหญ่พอที่จะดักจับแสงได้ถูกปล่อยให้อยู่ตามลำพังในขณะที่นักฟิสิกส์มุ่งเน้นไปที่แง่มุมอื่นๆ ของจักรวาล จากนั้น อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ได้ค้นพบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและความสนใจในหลุมดำก็ปะทุขึ้น   ประเภทของหลุมดำ หลุมดำมี 4 ประเภท มวลและขนาดของหลุมดำเป็นตัวกำหนดว่ามันจัดอยู่ในประเภทใด หลุมดำดึกดำบรรพ์ (Primordial black holes) หลุมดำที่เล็กที่สุดเรียกว่า “หลุมดำดึกดำบรรพ์ (Primordial black holes)” หลุมดำประเภทนี้ไม่ได้เริ่มต้นจากการเป็นดาวฤกษ์ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าหลุมดำดึกดำบรรพ์ก่อตัวขึ้นทันทีหลังจากการระเบิดบิกแบงซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของจักรวาล พื้นที่ที่ขยายตัวอย่างรวดเร็วของจักรวาลเต็มไปด้วยพลังงานอย่างไม่น่าเชื่อ อาจบีบบางพื้นที่ให้กลายเป็นหลุมดำขนาดเล็กมากประมาณอะตอม แต่มีมวลเท่าภูเขาขนาดใหญ่  หลุมดำมวลดาวฤกษ์ (Stellar black holes) ชนิดของหลุมดำที่พบมากที่สุดและนักวิทยาศาสตร์เข้าใจมากที่สุดที่เรียกว่า “หลุมดำมวลดาวฤกษ์ (Stellar black […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#25 บทที่ 4 หลักความไม่แน่นอน : การแผ่รังสีของวัตถุดำ

Posted: 14/04/2021 at 13:13   /   A Brief History of Time, Universe

บทที่ 4 หลักความไม่แน่นอน ความสำเร็จของทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์โดยเฉพาะทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตัน ทำให้ Marquis de Laplace นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสในช่วงต้นศตวรรษที่สิบเก้าโต้แย้งว่า จักรวาลถูกการกำหนดไว้อย่างสมบูรณ์ Laplace แนะนำว่าควรมีกฎทางวิทยาศาสตร์ชุดหนึ่งที่จะช่วยให้เราสามารถทำนายทุกสิ่งที่จะเกิดขึ้นในจักรวาลได้ หากเรารู้สถานะที่สมบูรณ์ของจักรวาลในเวลาเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ถ้าเรารู้ตำแหน่งและความเร็วของดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ในคราวเดียว เราก็สามารถใช้กฎของนิวตันเพื่อคำนวณสถานะของระบบสุริยะได้ตลอดเวลา ความมุ่งมั่นดูเหมือนจะค่อนข้างชัดเจนในกรณีนี้ แต่ Laplace ยังถือว่ามีกฎที่คล้ายกันที่ควบคุมทุกสิ่งทุกอย่างรวมถึงพฤติกรรมของมนุษย์   แนวคิดเรื่องการกำหนดปัจจัยทางวิทยาศาสตร์ได้รับการต่อต้านอย่างมากจากหลายๆ คน ซึ่งรู้สึกว่ามันละเมิดเสรีภาพของพระเจ้าที่จะเข้ามาแทรกแซงโลก แต่ก็ยังคงเป็นข้อสันนิษฐานมาตรฐานของวิทยาศาสตร์จนถึงช่วงต้นศตวรรษนี้ หนึ่งในข้อบ่งชี้แรกที่แสดงให้เห็นว่าความเชื่อนี้จะต้องถูกละทิ้ง เมื่อการคำนวณโดยลอร์ดเรย์ลีห์ (Lord Rayleigh) และเซอร์เจมส์ ยีนส์ (Sir James Jeans) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชี้ให้เห็นว่าวัตถุหรือร่างกายที่ร้อน เช่น ดาว ต้องแผ่พลังงานในอัตราที่ไม่สิ้นสุด ตามกฎที่เชื่อในเวลานั้น ร่างกายที่ร้อนควรจะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (เช่น คลื่นวิทยุ แสงที่มองเห็น หรือรังสีเอกซ์) เท่าๆกันในทุกความถี่ ตัวอย่างเช่น ร่างกายที่ร้อนควรแผ่พลังงานในปริมาณเท่ากันในคลื่นที่มีความถี่ระหว่างหนึ่งถึงสองล้านล้านคลื่นต่อวินาทีเช่นเดียวกับคลื่นที่มีความถี่ระหว่างสองถึงสามล้านล้านคลื่นต่อวินาที เนื่องจากจำนวนคลื่นต่อวินาทีไม่จำกัด จึงหมายความว่าพลังงานทั้งหมดที่แผ่ออกมาจะไม่มีที่สิ้นสุด   วัตถุดำ (Black Body) วัตถุทุกชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ (Absolute […]

No Comments read more

กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#29 ระบบสุริยะ

Posted: 09/04/2021 at 16:18   /   Origin and Evolution of The Universe, Universe

ระบบสุริยะที่เราเรียกว่าบ้านตั้งอยู่ในแขนก้นหอยด้านนอกของกาแล็กซี่ทางช้างเผือก (Milky Way galaxy) ระบบสุริยะของเราประกอบด้วยดวงอาทิตย์และวัตถุอื่นๆ ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์เนื่องจากแรงโน้มถ่วง เช่น ดาวเคราะห์ (planets) ได้แก่ ดาวพุธ ดาวศุกร์ โลก ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน ดวงจันทร์ (moon) ดาวเคราะห์แคระ (dwarf planets) เช่น ดาวพลูโต  และดาวเคราะห์น้อย (asteroids) ดาวหาง (comets) และดาวตก (meteoroids)     Sofia Carson – Fool’s Gold     กำเนิดดวงอาทิตย์ นักวิทยาศาสตร์ใช้กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดตรวจสอบกลุ่มเมฆจำนวนมากในกาแล็กซีทางช้างเผือก ซึ่งเผยให้เห็นสภาพแวดล้อมในการเกิดของดาวดวงอื่น นักวิทยาศาสตร์ได้นำสิ่งที่พวกเขาเห็นในระบบอื่นมาใช้กับระบบสุริยะของเรา จากการศึกษาหลายสิ่งหลายอย่างส่วนใหญ่เป็นอุกกาบาต (meteorites) และใช้เทคนิคการหาอายุจากสารกัมมันตรังสี (radioactive dating techniques) นักวิทยาศาสตร์ได้ระบุว่าระบบสุริยะก่อตัวขึ้นเมื่อประมาณ 4.6 ​​พันล้านปี ระบบสุริยะของเราก่อตัวขึ้นเมื่อประมาณ 4.6 พันล้านปี กลุ่มก๊าซและฝุ่นระหว่างดวงดาวที่มีความหนาแน่นมหาศาลทำให้เกิดเมฆโมเลกุลที่เรียกว่า […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#24 บทที่ 3 จักรวาลที่กำลังขยายตัว : Big Bang และ Singularity

Posted: 27/03/2021 at 11:50   /   A Brief History of Time, Universe

ในปี 1963 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Evgenii Lifshitz และ Isaac Khalatnikov พยายามที่จะล้มทฤษฎีบิกแบงซึ่งมีจุดเริ่มต้นของเวลา พวกเขาเสนอว่าบิกแบงอาจเป็นลักษณะเฉพาะของแบบจำลองของฟรีดมันน์ (Friedmann) เพียงอย่างเดียว ซึ่งเป็นเพียงการประมาณการของจักรวาลที่แท้จริงเท่านั้น บางทีในบรรดาแบบจำลองทั้งหมดที่คล้ายกับจักรวาลจริง มีเพียงแบบจำลองของ Friedmann เท่านั้นที่มี singularity ตามแบบจำลองของ Friedmann กาแล็กซี่ทั้งหมดเคยอยู่ที่เดียวกัน และต่อมาได้เคลื่อนที่ออกจากกันโดยตรง นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียแย้งว่า กาแล็กซี่ในจักรวาลไม่เพียงเคลื่อนที่ออกจากกันโดยตรง แต่ยังมีความเร็วด้านข้างเล็กน้อย ดังนั้นในความเป็นจริงพวกมันไม่เคยอยู่ในสถานที่เดียวกันมาก่อน (พวกเขาโต้แย้งว่าจักรวาลไม่ได้เริ่มต้นมาจากจุด singularity – ผู้เขียน) เพียงอยู่ใกล้ๆ กันในตอนเริ่มต้นเท่านั้น บางทีจักรวาลที่กำลังขยายตัวในปัจจุบันไม่ได้มาจาก singularity แต่มาจากช่วงการหดตัวก่อนหน้านี้ในขณะที่จักรวาลถล่ม อนุภาคในนั้นอาจไม่ได้ชนกันทั้งหมด แต่ได้เคลื่อนที่ผ่านมาแล้วก็ห่างจากกัน ทำให้เกิดการขยายตัวของจักรวาลในปัจจุบัน (สรุป: นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียไม่เห็นด้วยกับทฤษฎีบิกแบงที่ว่าจักรวาลเริ่มมาจากการระเบิดบิกแบงของจุด singularity – ผู้เขียน) แล้วเราจะบอกได้อย่างไรว่าจักรวาลที่แท้จริงควรเริ่มต้นด้วยการระเบิดบิกแบงหรือไม่? สิ่งที่ Lifshitz และ Khalatnikov ทำคือศึกษาแบบจำลองของจักรวาลที่คล้ายกับแบบจำลองของ Friedmann แต่คำนึงถึงความผิดปกติและความเร็วแบบ random ของกาแล็กซี่ในจักรวาลจริง พวกเขาแสดงให้เห็นว่าแบบจำลองดังกล่าวสามารถเริ่มต้นด้วยบิกแบง แม้ว่ากาแล็กซี่จะไม่เคลื่อนที่ออกจากกันโดยตรง แต่พวกเขาอ้างว่าสิ่งนี้ยังคงเป็นไปได้เฉพาะในแบบจำลองพิเศษบางแบบที่กาแล็กซี่ทั้งหมดเคลื่อนที่ด้วยวิธีการที่เหมาะสม […]

No Comments read more

กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#28 การกำเนิดและวงจรชีวิตของดาวฤกษ์

Posted: 25/03/2021 at 10:21   /   Origin and Evolution of The Universe, Universe

วงจรชีวิตของดวงดาว นักวิทยาศาสตร์พูดถึงวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ เมื่อพูดถึงการกำเนิดชีวิตและการตายของดวงดาว อายุของดาวฤกษ์แต่ละดวงนั้นยาวนานเกินกว่าที่มนุษย์จะสังเกตเห็นวิวัฒนาการของดาวดวงเดียวได้ นักวิทยาศาสตร์ศึกษาวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ได้อย่างไร? สิ่งนี้เป็นไปได้ เนื่องจากมีดาวจำนวนมากในกาแล็กซี่ของเรา ดังนั้นเราจึงสามารถเห็นพวกมันจำนวนมากในช่วงต่างๆ ของชีวิต ด้วยวิธีนี้นักดาราศาสตร์สามารถสร้างภาพรวมของกระบวนการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ได้ ในบทความนี้จะอธิบายว่าดวงดาวเกิดมาอย่างไร? วิวัฒนาการอย่างไร? และตายอย่างไร?   ขั้นตอนที่ 1: เนบิวลา สถานที่กำเนิดดวงดาว ภาพแสดงเนบิวลาชนิดต่างๆ เนบิวลา (Nebula) เป็นกลุ่มเมฆฝุ่นและก๊าซขนาดมหึมาที่ครอบครองพื้นที่ว่างระหว่างดวงดาว เมื่อเราใช้กล้องโทรทรรศน์ส่องดู จะเห็นเป็นก้อนหมอกเมฆขนาดใหญ่ที่เปร่งแสงสีสวยงามที่ปะปนอยู่ในกลุ่มดวงดาว องค์ประกอบหลักของเนบิวลาคือก๊าซไฮโดรเจน เนบิวลาส่วนใหญ่มีขนาดกว้างใหญ่ บางชนิดมีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายร้อยปีแสง   เนบิวลามีกลไกการก่อตัวที่หลากหลาย เนบิวลาบางชนิดก่อตัวจากก๊าซที่มีอยู่แล้วในตัวกลางระหว่างดวงดาว เนบิวลาบางชนิดมาจากก๊าซและฝุ่นละอองที่เกิดจากการระเบิดของดาวฤกษ์ที่กำลังจะตายที่เรียกว่า ซูเปอร์โนวา (Supernova) เนบิวล่าอื่นๆ เป็นบริเวณที่ดาวดวงใหม่เริ่มก่อตัว ด้วยเหตุนี้เนบิวล่าบางชนิดจึงถูกเรียกว่า “สถานอนุบาลดวงดาว”   open.edu เนบิวล่าประกอบด้วยฝุ่นและก๊าซซึ่งส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจน ฝุ่นและก๊าซในเนบิวลากระจายออกไปเป็นบริเวณกว้าง แต่แรงโน้มถ่วงสามารถดึงกลุ่มฝุ่นและก๊าซเข้าด้วยกันได้อย่างช้าๆ เมื่อกระจุกเหล่านี้มีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ แรงโน้มถ่วงของมันก็จะแข็งแกร่งขึ้น ในที่สุดกลุ่มฝุ่นและก๊าซก็มีขนาดใหญ่มากจนยุบตัวลงภายใต้แรงโน้มถ่วงของมันเอง การยุบตัวทำให้วัตถุที่อยู่ใจกลางมีความหนาแน่นและร้อนขึ้น แกนกลางที่ร้อนนี้เรียกว่า โปรโตสตาร์ (Protostar) ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของดวงดาว หากมีก๊าซเพียงเล็กน้อยอยู่รอบๆ ก็จะมีเพียงดาวฤกษ์เล็กๆ เท่านั้นที่ก่อตัวขึ้น (เช่นดวงอาทิตย์) หากมีก๊าซจำนวนมาก ดาวฤกษ์มวลมากจะก่อตัวขึ้น และเศษที่เหลือจะสร้างดาวเคราะห์และวัตถุอื่นๆ […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#23 บทที่ 3 จักรวาลที่กำลังขยายตัว : ทฤษฎีบิกแบง vs. ทฤษฎีสภาวะคงที่

Posted: 05/02/2021 at 10:41   /   A Brief History of Time, Universe

แบบจำลองของฟรีดมันน์ทั้งหมดทั้งหมดมีคุณสมบัติที่ว่าในอดีต (ระหว่างสิบถึงสองหมื่นล้านปีก่อน) ระยะห่างระหว่างกาแล็กซีใกล้เคียงต้องเป็นศูนย์ ในเวลานั้นที่เราเรียกว่า “บิกแบง”ความหนาแน่นของจักรวาลและความโค้งของเวลา-อวกาศจะไม่มีที่สิ้นสุด เนื่องจากคณิตศาสตร์ไม่สามารถจัดการกับจำนวนอนันต์ได้จริงๆ จึงหมายความว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (ซึ่งเป็นพื้นฐานของการแก้ปัญหาของฟรีดมันน์) จึงทำนายว่ามีจุดหนึ่งในจักรวาลที่กฎของวิทยาศาสตร์พังทลายลง นักคณิตศาสตร์เรียกจุดนี้ว่า “singularity” ในความเป็นจริงทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมดของเราถูกกำหนดขึ้นจากสมมติฐานที่ว่าเวลา-อวกาศนั้นราบเรียบและเกือบจะแบน ดังนั้นพวกมันจึงแยกย่อยออกจากความเป็น singularity ของบิกแบงซึ่งความโค้งของเวลา-อวกาศนั้นไม่มีที่สิ้นสุด ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าจะมีเหตุการณ์เกิดขึ้นก่อนบิกแบง แต่ก็ไม่สามารถใช้เหตุการณ์เหล่านี้เพื่อกำหนดสิ่งที่จะเกิดขึ้นหลังจากนั้นได้ เนื่องจากการคาดการณ์จะพังทลายลงที่บิกแบง ในทำนองเดียวกัน ถ้าเป็นเช่นนั้นเรารู้เพียงสิ่งที่เกิดขึ้นนับตั้งแต่เกิดบิกแบง เราไม่สามารถระบุได้ว่าเกิดอะไรขึ้นล่วงหน้า เท่าที่เรากังวลเหตุการณ์ก่อนเกิดบิกแบงอาจไม่มีผลตามมา ดังนั้นจึงไม่ควรเป็นส่วนหนึ่งของแบบจำลองทางวิทยาศาสตร์ของจักรวาล เราจึงควรตัดพวกมันออกจากแบบจำลองและบอกว่า “เวลานั้นมีจุดเริ่มต้นที่บิกแบง”   universetoday.com นับตั้งแต่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบการมีอยู่ของหลุมดำในจักรวาลของเราเป็นครั้งแรก เราทุกคนต่างก็สงสัยว่าจะมีอะไรอยู่นอกเหนือจากความว่างเปล่าอันน่ากลัวนั้นได้? นอกจากนี้นับตั้งแต่มีการเสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นครั้งแรก นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่ามีอะไรเกิดขึ้นก่อนการกำเนิดของจักรวาล – ก่อนเกิดบิกแบง? ที่น่าสนใจก็คือคำถามสองข้อนี้ได้รับการแก้ไขแล้ว ด้วยการดำรงอยู่ในทางทฤษฎีของสิ่งที่เรียกว่า “Singularity”  ซึ่งถูกทำนายครั้งแรกอันเป็นผลมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป บอกเราว่าจักรวาลที่ขยายตัวเริ่มต้นจากจุดที่เล็กมากที่เรียกว่า “Singularity” ซึ่งเป็นจุดที่สสารและพลังงานทั้งหมดถูกอัดแน่นด้วยแรงกดดันที่รุนแรงจนมีขนาดเล็กมากแบบไม่มีที่สิ้นสุด มีความหนาแน่นมากและความโน้มถ่วงแบบไม่มีที่สิ้นสุด และมีความร้อนสูงมากแบบไม่มีที่สิ้นสุดเช่นกัน (infinitely small, infinitely dense, infinitely gravity, infinitely hot) กฎทางฟิสิกส์ต่างๆ ไม่สามารถใช้อธิบายปรากฎการณ์ในช่วงนี้ได้ และนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามี singularity อยู่ในใจกลางของบรรดาหลุมดำในจักรวาล […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#22 บทที่ 3 จักรวาลที่กำลังขยายตัว : แบบจำลองจักรวาลของฟรีดมันน์

Posted: 27/01/2021 at 09:17   /   A Brief History of Time, Universe

ตั้งแต่แรกเห็น หลักฐานทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นว่าจักรวาลมีลักษณะเหมือนกันไม่ว่าเราจะมองไปทางใด โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันอาจจะดูเหมือนว่าถ้าเราสังเกตกาแล็กซีอื่นๆ ทั้งหมดที่จะเคลื่อนออกไปจากเรา เราจะต้องอยู่ที่ศูนย์กลางของจักรวาล อย่างไรก็ตามมีคำอธิบายอื่น: จักรวาลอาจมีลักษณะเหมือนกันในทุกทิศทางตามที่เห็นจากกาแล็กซี่อื่นด้วย ซึ่งเป็นข้อสันนิษฐานที่สองของฟรีดมันน์ เราไม่มีหลักฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับสมมติฐานนี้ มันจะน่าทึ่งที่สุดถ้าจักรวาลมีลักษณะเหมือนกันในทุกทิศทางรอบตัวเรา ในแบบจำลองจักรวาลของอเล็กซานเดอร์ ฟรีดมันน์ (Alexander Friedmann) กาแล็กซี่ทั้งหมดเคลื่อนที่ออกจากกัน สถานการณ์ค่อนข้างเหมือนบอลลูนที่มีจำนวนจุดที่ถูกวาดบนมัน แล้วถูกเป่าขึ้นเรื่อยๆ เมื่อบอลลูนขยายตัว ระยะห่างระหว่างจุดสองจุดเพิ่มขึ้น แต่ไม่มีจุดใดที่สามารถกล่าวได้ว่าเป็นศูนย์กลางของการขยายตัว ในทำนองเดียวกันในแบบจำลองจักรวาลของฟรีดมันน์ ความเร็วที่กาแล็กซี่สองแห่งกำลังเคลื่อนที่ออกจากกันเป็นสัดส่วนกับระยะห่างระหว่างกัน ดังนั้นจึงคาดการณ์ว่าการเปลี่ยนสีแดงของกาแล็กซี่ควรมีสัดส่วนโดยตรงกับระยะห่างจากเรา ซึ่งตรงกับที่ฮับเบิลพบ แม้ฟรีดมันน์จะประสบความสำเร็จในแบบจำลองของเขาและการคาดการณ์ของเขาในเรื่องการขยายตัวของจักรวาลซึ่งฮับเบิลได้ค้นพบในเวลาต่อมา แต่งานของฟรีดมันน์ยังคงไม่เป็นที่รู้จักอย่างมาก จนกระทั่งมีการค้นพบแบบจำลองที่คล้ายกันในปี 1935 โดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน ฮาวเวิร์ด โรเบิร์ตสัน (Howard Robertson) และนักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ อาร์เธอร์ วอล์กเกอร์ (Arthur Walker) มีแบบจำลองจักรวาล 3 แบบที่แตกต่างกันซึ่งเป็นไปตามสมมุติฐานสองข้อของฟรีดมันน์ ในแบบจำลองแรก (ซึ่งฟรีดมันน์พบ) จักรวาลกำลังขยายตัวอย่างช้าๆ ซึ่งแรงดึงดูดระหว่างกาแล็กซี่ต่างกัน ทำให้การขยายตัวช้าลงและในที่สุดก็หยุด จากนั้นกาแลคซีก็เริ่มเคลื่อนที่เข้าหากันและจักรวาลก็ยุบตัวลง รูปที่ 3:2 แสดงให้เห็นว่าระยะห่างระหว่างกาแล็กซีที่อยู่ใกล้เคียงสองแห่งเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อเวลานานขึ้น เริ่มต้นที่ศูนย์ เพิ่มขึ้นสูงสุด แล้วลดลงเป็นศูนย์อีกครั้ง    รูปที่ 3:3 […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#21 บทที่ 3 จักรวาลที่กำลังขยายตัว : รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล

Posted: 27/01/2021 at 09:15   /   A Brief History of Time, Universe

หลายปีก่อนการค้นพบของเอ็ดวิน ฮับเบิล ในปี 1922 ฟรีดมันน์ตั้งสมมติฐานง่ายๆ สองข้อเกี่ยวกับจักรวาลนั่นคือ จักรวาลมีลักษณะเหมือนกันไม่ว่าเราจะมองไปทางใด และสิ่งนี้จะเป็นจริงเช่นกันหากเราสังเกตจักรวาลจากที่ใดๆ จากแนวคิดทั้งสองนี้ ฟรีดมันน์แสดงให้เห็นว่าเราไม่ควรคาดหวังว่าจักรวาลจะหยุดนิ่ง  ฟรีดมันน์คาดการณ์สิ่งที่ฮับเบิลพบ! สมมติฐานที่ว่าจักรวาลดูเหมือนกันในทุกทิศทางนั้นไม่ถูกต้องในสเกลละเอียด อย่างที่เราเห็นดาวดวงอื่นๆ ในกาแล็กซี่ของเราก่อตัวเป็นวงแสงที่แตกต่างกันทั่วท้องฟ้ายามค่ำคืนเรียกว่าทางช้างเผือก (Milky Way) แต่ถ้าเรามองไปที่กาแล็กซีที่อยู่ห่างไกล ดูเหมือนว่าจะมีจำนวนเท่ากันไม่มากก็น้อย ดังนั้นจักรวาลจึงดูเหมือนจะเหมือนกันในทุกทิศทาง นี้เป็นมุมมองหนึ่งในสเกลใหญ่เมื่อเทียบกับระยะห่างระหว่างกาแล็กซี่โดยไม่สนใจความแตกต่างของเกร็ดเล็กเกร็ดน้อย นี่เป็นเหตุผลที่เพียงพอสำหรับข้อสันนิษฐานของฟรีดมันน์ ซึ่งเป็นการประมาณคร่าวๆ กับจักรวาลที่แท้จริง    อเล็กซานเดอร์ ฟรีดมันน์ (Alexander Friedmann; 1888-1925) นักฟิสิกส์และนักคณิตศาสตร์ชาวรัสเซียเป็นหนึ่งในนักทฤษฎีกลุ่มแรกที่ตั้งสมมติฐานการขยายตัวของจักรวาล เขาได้ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับจักรวาลในปี 1922: ประการแรกจักรวาลดูเหมือนกันในทุกทิศทาง (isotropic-same in all directions) และประการที่สองจักรวาลมีลักษณะเหมือนกันในทุกที่ (homogeneous-same in all places) แนวคิดเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าจักรวาลไม่ได้หยุดนิ่งกับที่ เขาทำนายสิ่งที่ Edwin Hubble พบในภายหลังนั่นคือจักรวาลกำลังขยายตัว ถึงกระนั้นงานของ Friedmann ก็ยังไม่เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางจนถึงช่วงทศวรรษที่ 1930 เมื่อ Arno Penzias และ […]

No Comments read more