Newsletter subscribe

A Brief History of Time, Universe

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#7 บทที่ 1 ภาพของจักรวาลของเรา : การขยายตัวของจักรวาลบ่งชี้จักรวาลมีจุดกำเนิด

Posted: 12/12/2020 at 16:30   /   by   /   comments (0)

คำถามที่ว่าจักรวาลมีจุดเริ่มต้นในเวลาหรือไม่และมีพื้นที่จำกัดหรือไม่ นักปรัชญา อิมมานูเอล คานท์ ได้พิจารณาคำถามนี้อย่างมากมายในผลงานชิ้นสำคัญของเขา (และคลุมเครือมาก) ชื่อ “Critique of Pure Reason (การวิจารณ์ด้วยเหตุผลบริสุทธิ์)” ที่ตีพิมพ์ในปี 1781 เขาเรียกคำถามเหล่านี้ว่า antinomies ซึ่งหมายถึงความขัดแย้งด้วยเหตุผลอันบริสุทธิ์ เพราะเขารู้สึกว่าทั้งสองความคิดที่ว่าจักรวาลมีจุดเริ่มต้นและเป็นนิรันดร์ – มีข้อโต้แย้งที่น่าสนใจ

คานท์ให้เหตุผลว่า ถ้าจักรวาลมีจุดเริ่มต้น ก็จะมีช่วงเวลาที่ไม่มีที่สิ้นสุดก่อนก่อนหน้านั้น ดังนั้นทำไมจักรวาลจึงควรเริ่มต้นในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง ในความเป็นจริงทั้ง thesis และ antithesis เป็นข้อโต้แย้งเดียวกัน ทั้งสองตั้งอยู่บนสมมติฐานที่ว่า เวลายังคงย้อนกลับไปตลอดกาลไม่ว่าจักรวาลจะดำรงอยู่ตลอดไปหรือไม่ก็ตาม ดังที่เราจะเห็นแนวคิดเรื่องเวลาไม่มีความหมายก่อนจุดเริ่มต้นของจักรวาล สิ่งนี้ถูกชี้ให้เห็นเป็นครั้งแรกโดยเซนต์ออกัสติน เมื่อถูกถามว่า “พระเจ้าทำอะไรก่อนที่จะสร้างจักรวาล” ออกัสตินไม่ตอบ: “เขากำลังเตรียมนรกสำหรับคนที่ถามคำถามเช่นนี้” แต่เขาบอกว่าเวลาเป็นสมบัติของจักรวาลที่พระเจ้าสร้างขึ้นและเวลานั้นไม่เคยมีมาก่อนการเริ่มต้นของจักรวาล

หมายเหตุ: นักปรัชญาชาวเยอรมันชื่อ อิมมานูเอล คานท์ (Immanuel Kant) ได้ตีพิมพ์ “Critique of Pure Reason (การวิจารณ์ด้วยเหตุผลบริสุทธิ์)” ในปี 1781 ซึ่งมีความยาวมากและยากแก่การเข้าใจเนื่องจากเป็นร้อยแก้วและคำศัพท์ที่ซับซ้อน 

 

 

R3HAB & ZAYN & Jungleboi – Flames (YouTube) 

 

 

เมื่อคนส่วนใหญ่เชื่อว่าจักรวาลเป็นแบบคงที่และไม่มีการเปลี่ยนแปลง คำถามเรื่องจุดเริ่มต้นของจักรวาลส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับอภิปรัชญาหรือเทววิทยา เราสามารถอธิบายถึงสิ่งที่สังเกตเห็นได้ดีพอๆกันในทฤษฎีที่ว่าจักรวาลมีอยู่ตลอดไปหรือบนทฤษฎีที่ว่ามันมีการเคลื่อนที่ในช่วงเวลาที่จำกัดในลักษณะที่ดูเหมือนว่ามีอยู่ตลอดไป

สิ่งนี้เปลี่ยนไปเมื่อปี 1929 เอ็ดวิน ฮับเบิลได้สังเกตเห็นว่าไม่ว่าเราจะมองไปที่ใด กาแล็กซี่ที่อยู่ห่างไกลกำลังเคลื่อนที่ออกไปอย่างรวดเร็ว กล่าวอีกนัยหนึ่งจักรวาลกำลังขยายตัว ซึ่งหมายความว่าในช่วงก่อนหน้านี้ วัตถุต่างๆจะอยู่ใกล้กันมากขึ้น ในความเป็นจริงดูเหมือนว่าเมื่อประมาณหนึ่งหรือสองหมื่นล้านปีก่อน สสารทั้งหมดในจักรวาลอยู่รวมกันในสถานที่เดียวกันมาก่อนที่ซึ่งความหนาแน่นของจักรวาลไม่มีที่สิ้นสุด ในที่สุดการค้นพบนี้ได้นำคำถามเรื่องจุดเริ่มต้นของจักรวาลเข้าสู่ขอบเขตของวิทยาศาสตร์

 

การค้นพบของฮับเบิลชี้ให้เห็นว่ามีช่วงเวลาหนึ่งที่เรียกว่าบิกแบง ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่จักรวาลมีขนาดเล็กและมีความหนาแน่นที่ไม่สิ้นสุดก่อนจะขยายตัวอย่างรวดเร็ว ในเวลานั้นกฎแห่งวิทยาศาสตร์ทั้งหมดได้พังทลายลง หากมีเหตุการณ์ก่อนหน้านี้ ก็จะไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งที่เกิดขึ้นในปัจจุบัน การดำรงอยู่ของพวกมันสามารถละเลยได้ เพราะมันจะไม่มีผลที่ตามมาจากการสังเกต

อาจกล่าวได้ว่าบิกแบงเป็นจุดเริ่มต้นของเวลา เวลาก่อนบิกแบงจะไม่สามารถกำหนดได้ แนวคิดใหม่เกี่ยวกับจุดเริ่มต้นของเวลานี้แตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับสิ่งที่เกิดขึ้นก่อนหน้านี้ ในจักรวาลที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลง การเริ่มต้นในกาลเวลาเป็นสิ่งที่ต้องถูกกำหนดโดยใครบางคนที่อยู่นอกจักรวาล ไม่มีความจำเป็นทางกายภาพสำหรับการเริ่มต้น เราสามารถจินตนาการได้ว่าพระเจ้าทรงสร้างจักรวาลเมื่อใดก็ได้ในอดีต ในทางกลับกันถ้าจักรวาลกำลังขยายตัว อาจมีเหตุผลทางกายภาพว่าทำไมจึงต้องมีจุดเริ่มต้น เรายังคงสามารถจินตนาการได้ว่า พระเจ้าทรงสร้างจักรวาลในช่วงเวลาแห่งการเกิดบิกแบงหรือแม้กระทั่งในภายหลัง ด้วยวิธีการที่ทำให้ดูเหมือนว่ามีบิกแบง แต่ก็ไม่มีความหมายที่จะคิดว่ามันถูกสร้างขึ้น ก่อนบิกแบง จักรวาลที่ขยายตัวไม่ได้กีดกันผู้สร้าง แต่มันจำกัดเวลาที่ผู้สร้างจะทำงานของเขา!

 

 

One Direction – Steal My Girl (YouTube)

 

 

ฮับเบิลค้นพบว่ากาแล็กซี่ทางช้างเผือกไม่ใช่จักรวาลทั้งหมด

ในช่วงต้นทศวรรษ 1900 นักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อว่าทั้งจักรวาลของเราประกอบด้วยกาแล็กซี่เดียวคือกาแล็กซี่ทางช้างเผือก (Milky Way Galaxy) ของเรา แน่นอนว่ากาแล็กซี่ทางช้างเผือกเป็นสถานที่ขนาดมหึมาที่มีดวงดาวอย่างน้อยแสนล้านดวง แต่ เอ็ดวิน ฮับเบิล สงสัยว่ามีอะไรอีกมากมายอยู่ในนั้น

 

ในปี 1923 เอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble 1889 – 1953) เป็นนักดาราศาสตร์ที่หอดูดาว Mount Wilson ในลอสแองเจลิส รัฐแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นที่ตั้งของกล้องโทรทรรศน์ Hooker ขนาด 100 นิ้ว (2.5 เมตร) ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก ณ เวลานั้น ฮับเบิลได้ตรวจพบดาวแปรแสงเซเฟอิด (Cepheid variable star) “V1” ที่สว่างและหรี่ลงเป็นจังหวะสม่ำเสมออยู่ในบริเวณขอบรอบนอกของ “อันโดรเมดา (Andromeda)” ในเวลานั้นนักวิทยาศาสตร์คิดว่า Andromeda เป็นเนบิลาชนิดก้นหอย (spiral nebula) ที่ตั้งอยู่ในกาแล็กซี่ทางช้างเผือกของเรา ฮับเบิลอาศัยดาว Cepheid “V1” เพื่อวัดว่า Andromeda อยู่ห่างออกไปแค่ไหน คืนแล้วคืนเล่าเขาถ่ายภาพดาว Cepheid ด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาดมหึมา การสังเกตอีกหนึ่งสัปดาห์ทำให้เขาสามารถทำตามสูตรของ เฮนเรียต ตาเลวิตต์ (Henrietta Leavitt) ในการคำนวณหาระยะทางไปถึงมัน

จากระยะทางที่ได้ ฮับเบิลพบว่าดาว Cepheid “V1” ที่อยู่ใน Andromeda อยู่ไกลกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางโดยประมาณของกาแล็กซี่ทางช้างเผือก นี่แสดงว่า Andromeda อยู่นอกกาแล็กซี่ทางช้างเผือก นั่นหมายความว่า “Andromeda” ไม่ใช่เนบิลาในกาแล็กซี่ทางช้างเผือกตามที่เชื่อกัน แต่มันเป็นกาแล็กซี่หนึ่งที่อยู่นอกทางช้างเผือก ในเวลานั้นกาแล็กซี่ทางช้างเผือกถือเป็นจักรวาลทั้งหมด นี่เป็นการค้นพบครั้งสำคัญที่เปลี่ยนมุมมองของนักดาราศาสตร์เกี่ยวกับจักรวาลไปอย่างมาก จักรวาลมีขนาดใหญ่ขึ้นมากกว่าที่เคยคิด และเต็มไปด้วยกาแล็กซี่

 

twincities.com

“Andromeda” เป็นกาแล็กซี่ชนิดก้นหอย (spiral galaxy) ที่อยู่ใกล้กาแล็กซี่ทางช้างเผือกมากที่สุด ซึ่งอยู่ห่างจากกาแล็กซี่ของเราไป 2.2 ล้านปีแสง

 

ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ (Doppler Effect)

 

quora.com

แสงคือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic waves) แสงที่ตามองเห็นได้ (visible light) เป็นส่วนหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า อยูในช่วงคลื่น 400 – 700 นาโนเมตร แสงแต่ละสีมีความยาวคลื่นแตกต่างกัน สำหรับแสงที่ตามองเห็นได้นั้น แสงสีม่วงมีความยาวคลื่นสั้นที่สุด(ความถี่คลื่นสูงสุด) แสงสีแดงมีความยาวคลื่นมากที่สุด (ความถี่คลื่นต่ำสุด)

 

ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ (Doppler Effect) เป็นปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับ “การเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นหรือความถี่คลื่น” ของคลื่นเสียงและคลื่นแสง ที่มีความสัมพันธ์ระหว่างทิศทางการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดคลื่นกับผู้สังเกตุการณ์

ปรากฏการณ์ที่วัตถุเคลื่อนที่เข้าหาผู้สังเกตุการณ์แล้วความยาวคลื่นสั้นลงหรือความถี่สูงขึ้นว่า “การเลื่อนไปทางน้ำเงิน (blueshift)” และเรียกปรากฏการณ์ที่วัตถุเคลื่อนที่ออกจากผู้สังเกตุการณ์ แล้วความยาวคลื่นจะยาวขึ้นหรือความถี่ต่ำลงว่า “การเลื่อนไปทางแดง (redshift)”

นักดาราศาสตร์ทราบว่าจักรวาลมีการขยายตัวอยู่ตลอดเวลา จากการสังเกตุเห็นการเลื่อนทางแดงของกาแล็กซี่ (redshift)

หากเรามองออกไปในจักรวาลอันไกลโพ้น เราจะพบกับกาแล็กซี่ที่อยู่ห่างออกไปหลายล้านพันล้านหรือหลายหมื่นล้านปีแสง นักดาราศาสตร์มองเห็นการเปลี่ยนสีแดงในแทบทุกกาแล็กซี  ยิ่งกาแล็กซีเปลี่ยนเป็นสีแดงมากเท่าไหร่ กาแล็กซีก็จะเคลื่อนห่างออกจากโลกเร็วขึ้นเท่านั้น

 

ฮับเบิลค้นพบการขยายตัวของจักรวาล

หลังจากที่เอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) ประกาศว่า “อันโดรเมดา (Andromeda)” เป็นกาแล็กซี่ และกาแล็กซี่ทางช้างเผือก (Milky Way Galaxy) ของเราเป็นเพียงหนึ่งในหลายๆ กาแล็กซี่ในจักรวาล  ต่อมาในปี 1929 ฮับเบิลได้สังเกตการเปลี่ยนสีของกาแล็กซี่ต่างๆ ด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ที่สุดในยุคนั้น ฮับเบิลสังเกตุเห็นการเลื่อนไปทางแดง (Redshift) จากกาแล็กซี่ที่อยู่ห่างไกลโพ้น ยิ่งระยะทางไกลมากเท่าไร ก็ยิ่งเห็น redshift มากขึ้นเท่านั้น ซึ่ง Hubble ตีความ redshift ที่สังเกตุได้นี้ว่า เป็นผลมาจากปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ (Doppler Effect) ที่เกิดจากกาแล็กซี่เคลื่อนตัวออกห่างจากโลก นั่นหมายถึงจักรวาลกำลังขยายตัว ซึ่งบ่งบอกเป็นนัยว่า “จักรวาลมีจุดกำเนิด”

นอกจากนี้ฮับเบิลยังได้ทำการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางของกาแล็กซีกับการเลื่อนไปทางแดง (Redshift) เขาพบว่ากาแล็กซี่ที่อยู่ห่างไกลจะเคลื่อนที่ออกไปด้วยความเร็วสูงกว่ากาแล็กซี่ที่อยู่ใกล้ เขาพิสูจน์แล้วว่ามี “ความสัมพันธ์โดยตรง” ระหว่างความเร็วของกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลและระยะทางจากโลก (ยิ่งอยู่ไกล ยิ่งเคลื่อนที่เร็ว) ปัจจุบันความสัมพันธ์นี้เรียกว่า “กฎของฮับเบิล (Hubble’s Law)” และถูกตีความหมายว่าจักรวาลกำลังขยายตัวในทุกทิศทาง

ความเร็วของกาแล็กซี่วัดได้จาก “Redshift” ความจริงที่ว่าแสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดจะมีการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นตามการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิด (redshift ถ้าเคลื่อนที่ออกห่าง blueshift ถ้าเคลื่อนที่ไปหาผู้สังเกต) เนื่องจากกาแลคซีทั้งหมดแสดงการเปลี่ยนสีแดงกล่าวคือเคลื่อนที่ออกจากเรา จึงเรียกว่า “ความเร็วในการเคลื่อนที่ถอยห่างของกาแล็กซี่”

นักวิทยาศาสตร์มองว่าการค้นพบของฮับเบิลเป็นเหตุการณ์สำคัญที่สุดในวงการดาราศาสตร์ในรอบศตวรรษ เป็นการเปลี่ยนแปลงขั้นพื้นฐานที่สุดในมุมมองของเราที่มีต่อโลกตั้งแต่โคเปอร์นิคัสเมื่อ 400 ปีก่อน ผลการศึกษาของเขาแสดงให้เห็นว่าจักรวาลกำลังขยายตัวเป็นพื้นฐานของทฤษฎีบิกแบง

 

 

Westlife – Hello My Love  ดูรุ่นเล็กไปแล้ว มาดูรุ่นใหญ่บ้าง 

 

 

ทฤษฎีบิกแบง (Big Bang Theory)

ทฤษฎีบิกแบง “Big Bang Theory” เป็นทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดในการอธิบายกำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากหลักฐานทางวิทยาศาสตร์และจากการสังเกตุทางดาราศาสตร์ต่างๆ

ทฤษฎีนี้เกิดจากการค้นพบว่า galaxy ต่างๆกำลังเคลื่อนห่างออกไปจากตำแหน่งที่เคยอยู่ด้วยความเร็วสูงในทุกทิศทุกทาง ราวกับว่าพวกมันถูกขับเคลื่อนด้วยแรงระเบิดเมื่อครั้งโบราณ การสังเกตุนี้สนับสนุนแนวคิดที่ว่า “จักรวาลมีการขยายตัวอยู่ตลอดเวลา”

 

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 Bang เมื่อ 13.8 พันล้านปีก่อน