หากเอ่ยถึง “Big Bang Theory” หลายคนอาจจะรู้จักจากซีรีส์ดังว่าด้วยเรื่องราวของหนุ่มเนิร์ด ซึ่งได้ชื่ออิงมาจากทฤษฎีกำเนิดเอกภพที่ได้รับการยอมรับและใช้อธิบายมาเกือบร้อยปี ทว่า จากการศึกษาล่าสุดกลับมีหลายสิ่งที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ต้องกลับมาทบทวนกันใหม่ หรือว่านี่อาจจะไม่ใช่จุดเริ่มต้นของเอกภพของที่เราคิด!
หลายคนคงเคยมีคำถามว่าทุกสิ่งในเอกภพของเรานั้นมาจากไหน ทุกสิ่งที่เราตรวจจับและสังเกตการณ์ได้ ทั้งดวงดาว กาแล็กซี เมฆก๊าซ ฝุ่น พลาสมา และการแผ่รังสีที่ครอบคลุมช่วงความยาวคลื่น ตั้งแต่วิทยุไปจนถึงอินฟราเรดไปจนถึงแสงที่มองเห็นได้จนถึงรังสีแกมมา ไม่ว่าเราจะมองไปที่ไหน จักรวาลก็เต็มไปด้วยสสารและพลังงานทุกที่และทุกเวลา จึงเป็นเรื่องธรรมดาที่จะมีการตั้งสมมติฐานว่าทุกอย่างนี้มาจากที่ไหนสักแห่ง
ทุกวันนี้ เอกภพตามที่เราสังเกตได้นั้นกำลังขยายตัว แยกออก (มีความหนาแน่นน้อยลง) และเย็นลงเรื่อย ๆ สิ่งที่เป็นแนวโน้มในอนาคตนี้ยังทำให้เรามองย้อนกลับไปในอดีตได้ด้วย หากว่ากันตามกฎของฟิสิกส์ ในอดีตกาลอันไกลโพ้น เอกภพย่อมมีขนาดเล็กลง หนาแน่น และร้อนกว่านี้ ในทางคณิตศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์ต่างพยายามคาดการณ์ย้อนกลับไปให้ไกลที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ พยายามอธิบายย้อนกลับไปจนถึงจุดที่มีขนาดเล็ก มีความหนาแน่นและอุณหภูมิไม่สิ้นสุด อันเป็นภาวะเอกฐาน (A singularity) ก่อให้เกิดแนวคิดที่เป็นที่รู้จักกันในเวลาต่อมาว่า “Big Bang Theory” หรือ “ทฤษฎีบิ๊กแบง” นั่นเอง
แต่ในทางกายภาพ เมื่อเราสังเกตการณ์ได้มากขึ้น เราพบว่าจักรวาลบอกเล่าเรื่องราวที่อาจให้คำตอบต่างไปจากความเชื่อเดิม และนั่นทำให้เรารู้ว่าบิ๊กแบงไม่ใช่จุดเริ่มต้นของเอกภพอีกต่อไป
รากเหง้าของการระเบิดครั้งใหญ่ ต้นกำเนิดทุกสรรพสิ่ง
ต้นกำเนิดของทฤษฎีบิ๊กแบงนั้นมีรากฐานมาจากทั้งแนวความคิดเชิงทฤษฎี เชิงทดลอง และการสังเกตการณ์ ในทางทฤษฎีนั้น อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ได้นำเสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขาในปี ค.ศ. 1915 ซึ่งเป็นทฤษฎีใหม่ของแรงโน้มถ่วงที่พยายามจะล้มล้างทฤษฎีความโน้มถ่วงสากลของนิวตัน แม้ว่าทฤษฎีของไอน์สไตน์จะซับซ้อนกว่ามาก แต่ก็ไม่นานนักก็พบคำตอบที่ได้รับการสนับสนุนจากนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ
Credit: LIGO scientific collaboration, T. Pyle, Caltech/MIT
ในปี ค.ศ. 1916 คาร์ล ชวาทซ์ชิลท์ (Karl Schwarzschild) ได้ค้นพบวิธีแก้ปัญหาสำหรับมวลจุด (Pointlike mass) ซึ่งอธิบายหลุมดำที่ไม่หมุน
ต่อมา ในปี ค.ศ. 1917 วิลเลม เดอ ซิตเตอร์ (Willem de Sitter) ได้ค้นพบวิธีหาคำตอบเรื่องเอกภพว่างเปล่าที่มีค่าคงที่ในแง่จักรวาลวิทยา ซึ่งอธิบายว่าเอกภพกำลังขยายตัวแบบทวีคูณ
ในปี ค.ศ. 1916 ถึง 1921 คำอธิบาย Reissner-Nordström ซึ่งคิดค้นโดยนักวิจัย 4 คนที่ทำงานแยกกัน ได้อธิบายเรื่องกาลอวกาศว่าเป็นมวลที่มีประจุและสมมาตรทรงกลม
ในปี ค.ศ. 1921 เอ็ดเวิร์ด แคสเนอร์ (Edward Kasner) พบวิธีอธิบายเอกภพที่ปราศจากสสารและรังสีซึ่งเป็นแอนไอโซทรอปิก (Anisotropic – สิ่งต่างกันไปในทิศทางที่ต่างกัน)
ในปี ค.ศ. 1922 อเล็กซานเดอร์ ฟรีดแมนน์ (Alexander Friedmann) ได้ค้นพบคำอธิบายเอกภพแบบไอโซโทรปิก (Isotropic -การแพร่กระจายของคลื่นทุกทิศทางที่พร้อมกันด้วยความเข้มสนามที่เท่ากัน – เหมือนกันในทุกทิศทาง) และเอกภพที่เป็นเนื้อเดียวกัน (Homogeneous – เหมือนกันในทุกสถานที่) ซึ่งมีพลังงานทุกประเภท รวมทั้งสสารและรังสีต่าง ๆ
สำหรับการค้นพบนี้นั้นน่าสนใจมากด้วยเหตุผล 2 ประการ คือ
1) มันสามารถอธิบายเอกภพของเราในระดับที่ใหญ่ที่สุด ที่ซึ่งสิ่งต่าง ๆ ดูเหมือน ๆ กัน เป็นไปโดยเฉลี่ย ทุกที่และทุกทิศทาง
2) ถ้าคุณแก้ “สมการฟรีดแมนน์” สำหรับคำตอบนี้ จะพบว่าจักรวาลที่อธิบายนั้นไม่สามารถคงที่ได้ แต่ต้องขยายหรือหดตัว
ความจริงข้อหลังนี้ได้รับการยอมรับจากหลาย ๆ คน รวมทั้งไอน์สไตน์ แต่ก็ไม่ได้มีความสำคัญเป็นพิเศษจนกระทั่งหลักฐานเชิงสังเกตเริ่มมีบทบาทเข้ามาสนับสนุน ในช่วงทศวรรษที่ 1910 นี้เอง นักดาราศาสตร์ เวสโต สลิฟเฟอร์ (Vesto Slipher) เริ่มสังเกตการณ์เนบิวลา ซึ่งบางคนแย้งว่าอาจเป็นกาแล็กซีนอกทางช้างเผือกของเรา และพบว่าพวกมันเคลื่อนที่เร็ว เร็วกว่าวัตถุอื่น ๆ ในกาแล็กซีของเรามาก ยิ่งไปกว่านั้น เขายังเห็นว่าพวกมันส่วนใหญ่ดูซีดจางลงและเล็กลง แสดงว่ามันกำลังเคลื่อนตัวห่างจากเราไปเรื่อย ๆ ด้วยความเร็วที่สูงขึ้นด้วยเช่นกัน
จากนั้นในทศวรรษที่ 1920 เอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) เริ่มวัดดาวแต่ละดวงในเนบิวลาเหล่านี้และในที่สุดก็คำนวณระยะทางไปยังดาวเหล่านั้น นอกจากพวกมันจะอยู่ไกลกว่าสิ่งอื่น ๆ ในกาแล็กซีของเราแล้ว เนบิวลาที่ไกลกว่ายังเคลื่อนตัวเร็วกว่าอันที่อยู่ใกล้กว่าอีกด้วย และเมื่อนักดาราศาสตร์คนอื่น ๆ ได้ข้อมูลอื่น ๆ มาเพิ่มเติม ก็เป็นอันสรุปได้ว่า เอกภพของเรากำลังขยายตัวอยู่นั่นเอง
Credit: E. Hubble; R. Kirshner, PNAS, 2004
ฌอร์ฌ เลอแม็ทร์ (Georges Lemaître) เป็นคนแรกในปี 1927 ที่ตระหนักถึงสิ่งนี้ เมื่อค้นพบการขยายตัว เขาได้คาดการณ์ย้อนหลัง โดยตั้งทฤษฎีว่า เราสามารถย้อนกลับไปได้ไกลเท่าที่ต้องการ กระทั่งสิ่งที่เรียกว่าอะตอมดึกดำบรรพ์ (The primeval atom) แนวคิดของเขาคือ ในตอนเริ่มต้น เอกภพนั้นร้อน หนาแน่น และเต็มไปด้วยการแผ่ขยายของสสารและรังสี ทุกสิ่งรอบตัวเราเกิดขึ้นจากสภาวะดั้งเดิมนี้ และหลังจากนั้นแนวคิดนี้ก็ได้รับการพัฒนาเสริมแต่งเรื่อยมา
เอกภพที่เราเห็นในทุกวันนี้ มีวิวัฒนาการมากกว่าที่เคยเป็นมา ยิ่งเรามองย้อนกลับไปในอวกาศมากเท่าไร เราก็จะยิ่งมองย้อนกลับไปในห้วงอดีตด้วย ดังนั้นวัตถุที่เราเห็นในตอนนั้นควรมีอายุน้อยกว่า มีมวลน้อยกว่า มีมวลน้อยกว่า มีธาตุหนักน้อยกว่า มีโครงสร้างที่พัฒนาน้อยกว่า และควรจะมีจุดที่ไม่มีดาวหรือกาแล็กซีอยู่ด้วยซ้ำ
(อ่านต่อหน้า 2 คลิกด้านล่างเลย)
