กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#1 จักรวาลวิทยาสมัยโบราณ

M83 – Wait  – “This song makes me want to fly to the edge of the universe. There are somethings waiting to be discovered”

จักรวาลของเราประกอบด้วย อวกาศ (space) เวลา (time) และสิ่งที่อยู่ในจักรวาล ได้แก่ ดาวเคราะห์ (planets) ดาวฤกษ์ (stars) กาแลคซี (galaxies) สสารมืด (dark matter) ซึ่งเป็นสิ่งที่นักดาราศาสตร์ไม่สามารถมองเห็นได้ และพลังงานรูปแบบอื่นๆ

จักรวาลวิทยา (Cosmology) คือการศึกษาจักรวาลและส่วนประกอบของมัน การกำเนิดของจักรวาล การวิวัฒนาการของจักรวาล และอนาคตของจักรวาลจะเป็นอย่างไร ปัจจุบันเครื่องมือสำคัญที่ใช้ในการศึกษาจักรวาลคือกระบวนการทางด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ การศึกษาจักรวาลก้าวหน้าขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 20 เพราะในช่วงเวลานั้นมีทฤษฎีใหม่ๆที่ให้การอธิบายและความเข้าใจเกี่ยวกับจักรวาลมากขึ้น เช่น ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ (Einstein’s Theory of General Relation) และควอนตัมฟิสิกส์ (Quantum physics) รวมทั้งการค้นพบหลายสิ่งที่สำคัญอันเป็นประโยชน์อย่างมากต่อการศึกษาจักรวาลวิทยา ได้แก่ การค้นพบว่าจักรวาลมีการขยายตัวอยู่ตลอดเวลา การค้นพบรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (Cosmic Microwave Background) ซึ่งเป็นหลักฐานสำคัญที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง (Big Bang Theory) ซึ่งเป็นทฤษฎีที่อธิบายการกำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาลที่ได้รับการยอมรับมากที่สุด เป็นต้น

มุมมองจักรวาลที่เก่าแก่ที่สุดย้อนกลับไปสมัยกรีกโบราณที่เชื่อว่าโลกแบนราบ ต่อมา 560-480 ปีก่อนคริสต์ศตวรรษเป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางว่าโลกมีรูปร่างเป็นทรงกลม จากความเชื่อที่ว่าวงกลมหรือทรงกลมเป็นรูปทรงเรขาคณิตที่สมบูรณ์แบบที่สุด ดังนั้นจึงเป็นรูปทรงที่เหมาะสมสำหรับโลกและจักรวาลซึ่งเป็นวัตถุที่สำคัญที่สุด การสังเกตเงาของโลกขณะเคลื่อนผ่านดวงจันทร์ในช่วงจันทรุปราคาเมื่อโลกอยู่ระหว่างดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ หรือจากการสังเกตเรือและเสากระโดงของมันในขณะที่เสาเรือลดลงเกินขอบฟ้า ยิ่งไปกว่านั้น Eratosthenes ชาวกรีกที่อาศัยอยู่ในเมืองอเล็กซานเดรีย ประเทศอียิปต์ เมื่อ 230 ปีก่อนคริสต์ศตวรรษ ใด้ใช้วิชาตรีโกณมิติคำนวณขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของโลกซึ่งมีความแม่นยำถึง 5% ของการวัดปัจจุบัน

statusmind.com

อริสโตเติล (Aristotle; 322-384 ปีก่อนคริสต์ศตวรรษ) นักปรัชญาและนักวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ชาวกรีกโบราณ ใช้การสังเกตการณ์ต่างๆ เช่น (i) เราเห็นดวงอาทิตย์ขึ้นและตกในแต่ละวัน (ii) เราไม่รู้สึกว่าโลกเคลื่อนไปตามเท้าของเรา (iii) เราเห็นดาวเพียงครึ่งวงกลมของท้องฟ้าในแต่ละคืน สิ่งเหล่านี้ดูเหมือนจะบ่งบอกว่าโลกอยู่ที่ศูนย์กลางและดวงอาทิตย์เคลื่อนที่ไปรอบๆโลก ยิ่งกว่านั้น (iii) โลกที่เราอาศัยอยู่เป็นศูนย์กลางของจักรวาลเนื่องจากมนุษย์ไม่ใช่คน ทำให้อริสโตเติลเข้าใจว่าโลกเราเป็นศูนย์กลางของจักรวาลและไม่เคลื่อนที่โดยมี ดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์ ดวงจันทร์ และดาวฤกษ์อื่นๆ โคจรรอบโลกเป็นวงกลม ความคิดนี้ถูกเชื่อกันมายาวนานถึง 1,300 ปี (คริสต์ศตวรรษที่ 4-17)

copernicusnhd.weebly.com

จนกระทั่ง นิโคลลัส โคเปอร์นิคัส (Nicolaus Copernicus; 1473-1543) นักคณิตศาสตร์และนักดาราศาสตร์ชาวโปแลนด์ได้เสนอแบบจำลอง “Heliocentric model” ที่แสดงว่าดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของจักรวาลโดยมีดาวเคราะห์ต่างๆรวมทั้งโลก และดาวฤกษ์อื่นๆ โคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงกลม

todayinsci.com

กาลิเลโอ (Galileo; 1564-1642) นักดาราศาสตร์ชาวอิตาลี ผู้ซึ่งได้รับขนานนามว่าเป็น “บิดาแห่งดาราศาสตร์สมัยใหม่ และ “บิดาแห่งวิทยาศาสตร์ยุคใหม่” ได้ค้นพบดวงจันทร์โคจรรอบดาวพฤหัสบดีโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ที่เขาสร้างขึ้น ผลงานสังเกตุการณ์การค้นพบที่ว่า “มีดาวขนาดเล็กกว่าโคจรอยู่รอบดาวเคราะห์” ช่วยสนับสนุนแนวคิดของโคเปอร์นิคัสที่ว่าดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของจักรวาล ซึ่งเป็นสิ่งที่ขัดแย้งกับแนวคิดของอริสโตเติลที่ผู้คนเชื่อกันมายาวนานนับพันปีว่าโลกเป็นศูนย์กลางของจักรวาล วัตถุบนท้องฟ้าทุกอย่างล้วนต้องโคจรรอบโลก ทำให้คริสตจักรโรมันคาทอลิกไม่พอใจ กาลิเลโอถูกตั้งข้อกล่าวหาว่าเป็นพวกนอกรีตและบังคับให้เขาเปลี่ยนแปลงความคิดนี้ แต่กาลิเลโอปฏิเสธและต่อสู้ข้อกล่าวหา ในที่สุดเขาถูกศาลของศาสนาโรมันตัดสินลงโทษให้ใช้ชีวิตที่เหลืออยู่แต่ในบ้านจนกระทั่งเขาเสียชีวิตด้วยโรคภัยไข้เจ็บ

Rudimental – Sun Comes Up feat. James Arthur 

Please understand we can go together

gohighbrow.com

โยฮันเนส เคปเลอร์ (Johannes Kepler; 1571-1630) เป็นนักคณิตศาสตร์และนักดาราศาสตร์ชาวเยอรมันที่มีชีวิตอยู่ในยุคที่ผู้คนยังเชื่อว่า โลกเป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะและวงโคจรของดาวเคราะห์เป็นรูปวงกลมที่สมบูรณ์ เคปเลอร์เป็นอีกคนหนึ่งที่เห็นด้วยกับแบบจำลอง Heliocentric ของโคเปอร์นิคัสที่ว่าดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะ ในปี 1596 ตอนอายุ 25 เขาได้ตีพิมพ์หนังสือ Mystery of the Cosmos อธิบายว่าเหตุใดดวงอาทิตย์จึงอยู่ที่ใจกลางระบบสุริยะ เคปเลอร์เขียนว่าดาวพุธและดาวศุกร์มักอยู่ใกล้กับดวงอาทิตย์เสมอ ไม่เหมือนกับดาวอังคาร ดาวพฤหัส และดาวเสาร์ นี่เป็นเพราะวงโคจรของดาวพุธและดาวศุกร์อยู่ใกล้กับดวงอาทิตย์มากกว่าโลก เคปเลอร์เขียนว่าหากโลกเป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะ มีดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ทั้งหมดโคจรรอบโลก ดาวพุธและดาวศุกร์จะไม่ควรอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์เสมออย่างนี้

กฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ของเคปเลอร์ (Kepler’s laws of planetary motion)

เคปเลอร์ทำงานเป็นผู้ช่วยของ ทีโค บรา (Tycho Brahe) นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์กผู้ซึ่งบันทึกข้อมูลทางดาราศาสตร์ไว้มากมาย เมื่อทีโคเสียชีวิต เคปเลอร์ได้นำข้อมูลตำแหน่งดาวอังคารที่ทีโคบันทึกไว้เป็นจำนวนมากมาใช้ในการศึกษาวงโคจรของดาวอังคารโดยเคปเลอร์ไม่ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ช่วย เคปเลอร์พบว่าตำแหน่งของดาวอังคารเป็นไปตามกฎทางคณิตศาสตร์ และเขาใช้กฎทางคณิตศาสตร์ในการอธิบายว่าดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์อย่างไร

Kepler’s First Law 

universavvy.com

จากแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ เคปเลอร์ค้นพบว่าวงโคจรของดาวอังคารไม่ได้เป็นวงกลมดังที่เข้าใจกันตั้งแต่สมัยของอริสโตเติล แต่ดาวอังคารมีวงโคจรเป็นรูปวงรี ทำให้เขาสรุปว่าดาวเคราะห์อื่นๆในระบบสุริยะก็มีวงโคจรเป็นวงรีด้วย และมีดวงอาทิตย์อยู่ที่ตำแหน่งโฟกัสของวงรีดังกล่าว

ในปี 1609 เคปเลอร์ได้ประกาศกฎข้อที่หนึ่งของเขาว่า ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงรี และดวงอาทิตย์ไม่ได้อยู่ที่ศูนย์กลางของวงโคจร แต่อยู่ที่จุดโฟกัสจุดหนึ่ง  

Kepler’s Second Law 

britannica.com

เคปเลอร์ค้นพบว่าดาวอังคารกำลังเคลื่อนที่ในวงโคจรคล้ายวงรี และบางครั้งมันก็อยู่ใกล้กับดวงอาทิตย์มากกว่าที่อื่น และเมื่อมันอยู่ใกล้กับดวงอาทิตย์มันจะเคลื่อนที่เร็วกว่าเมื่อมันอยู่ไกลออกไปจากดวงอาทิตย์ 

ในปี 1609 เคปเลอร์ได้ประกาศกฎข้อที่สองของเขาว่า เส้นสมมุติที่ลากจากดาวเคราะห์หนึ่งไปยังดวงอาทิตย์จะกวาดพื้นที่เท่าๆกันในเวลาที่เท่ากัน และความเร็วในการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ไม่คงที่ ดาวเคราะห์จะเคลื่อนที่เร็วขึ้นเมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ และเคลื่อนที่ช้าลงเมื่ออยู่ห่างจากดวงอาทิตย์

Kepler’s Third Law

ภาพเคลื่อนไหวแสดงกฎข้อที่สามของการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ของเคปเลอร์ (sciencephoto.com)

ในปี 1619 เคปเลอร์ได้ประกาศกฎข้อที่สามของเขาซึ่งแสดงความสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่างเวลาที่ดาวเคราะห์ใช้ในการโคจรรอบดวงอาทิตย์กับระยะห่างจากดวงอาทิตย์

“ระยะเวลาในการโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์” ยกกำลังสอง (P²) เป็นสัดส่วนโดยตรงกับ “ความยาวครึ่งหนึ่งของวงโคจรรูปวงรีของดาวเคราะห์ ” กำลังสาม (a³)

• Facebook
• Twitter
• Line