กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#38 อายุของจักรวาล
นับตั้งแต่ทฤษฎีบิกแบงปรากฏ นักดาราศาสตร์ได้รู้ว่าจักรวาลมีจุดเริ่มต้น แต่การหาจำนวนเทียนที่จะวางบนเค้กวันเกิดของจักรวาลนั้นพิสูจน์แล้วว่าเป็นเรื่องยาก นักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่ยอมรับว่าจักรวาลที่สังเกตได้นั้นมีอายุระหว่าง 13.7-13.8 พันล้านปี นักดาราศาสตร์ประเมินอายุของจักรวาลในสองวิธี: 1) โดยการมองหาดาวที่เก่าแก่ที่สุด และ 2) โดยการวัดอัตราการขยายตัวของจักรวาลและประมาณการกลับไปสู่บิกแบง “Nothing Else Matters” 1. การมองหาดาวที่เก่าแก่ที่สุด 1.1 กระจุกดาวทรงกลม จักรวาลไม่สามารถมีอายุน้อยกว่าวัตถุที่อยู่ภายในได้ ด้วยการหาอายุของดาวฤกษ์ที่มีอายุมากที่สุด นักวิทยาศาสตร์สามารถรู้อายุของจักรวาลได้ กระจุกดาวทรงกลม (globular cluster) เป็นแหล่งรวมของดวงดาวที่มีรูปร่างเป็นทรงกลมที่โคจรไปรอบๆ แกนกลางกาแล็กซี่ ดาวฤกษ์ในกระจุกดาวทรงกลมมีแรงโน้มถ่วงดึงดูดต่อกันค่อนข้างมาก ทำให้พวกมันรวมตัวเป็นกลุ่มทรงกลม มีความหนาแน่นของดาวค่อนข้างสูงโดยเฉพาะในจุดศูนย์กลาง เป็นทฤษฎีที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางในปัจจุบันว่า เมื่อดาวฤกษ์ดวงแรกก่อตัวขึ้นในจักรวาลของเราเมื่อประมาณ 13 พันล้านปีก่อน พวกมันมารวมกันเป็นกระจุกดาวทรงกลมอย่างรวดเร็ว จากนั้นกระจุกดาวเหล่านี้จึงรวมตัวกับกลุ่มอื่นเพื่อก่อตัวเป็นกาแล็กซี่แห่งแรก ซึ่งมีการเติบโตผ่านการควบรวมและพัฒนาตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ด้วยเหตุนี้ นักดาราศาสตร์จึงสงสัยมานานแล้วว่าดาวที่เก่าแก่ที่สุดในจักรวาลจะอยู่ในกระจุกดาวทรงกลม ภาพกระจุกดาวทรงกลม Messier 15 (M15) จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล การซูมเข้าที่มุมขวาบนของภาพ แสดงให้เห็นว่าแกนกลางของกระจุกดาวทรงกลมประกอบด้วยดาวระยิบระยับมากกว่า 100,000 ดวง การศึกษาพบว่า Messier […]
กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#37 โครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาล
โครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาล เมื่อมองขึ้นไปบนท้องฟ้ายามค่ำคืน ดูเหมือนว่าดวงดาวและกาแล็กซี่จะกระจัดกระจายไปอย่างไม่เป็นระเบียบ อย่างไรก็ตาม จริงๆ แล้ว จักรวาลไม่ใช่สถานที่ที่สับสนวุ่นวาย ในทางตรงกันข้าม จักรวาลประกอบด้วยโครงสร้างที่เป็นระเบียบในระดับต่างๆ กัน ตั้งแต่ระบบขนาดเล็กอย่างโลกและระบบสุริยะของเรา ไปจนถึงกาแล็กซีที่มีดาวนับล้านล้านดวง และสุดท้ายโครงสร้างที่ใหญ่มากซึ่งมีกาแล็กซีหลายพันล้านแห่ง แม้ว่าจะมีกาแล็กซีบางแห่งที่อยู่อย่างโดดเดี่ยว แต่ส่วนใหญ่จะอยู่รวมกันเป็นกลุ่มกาแล็กซี (galaxy group) ซึ่งมีสมาชิกประมาณ 50 กาแล็กซี และกระจุกกาแล็กซี (galaxy cluster) ซึ่งมีสมาชิกประมาณ 100-1,000 กาแล็กซี สำหรับกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา เป็นสมาชิกของกลุ่มกาแล็กซีท้องถิ่น (Local group) ซึ่งมีสมาชิกประมาณ 50 กว่ากาแล็กซี กลุ่มกาแล็กซีและกระจุกกาแล็กซีจำนวนมากสามารถรวมตัวกันด้วยความโน้มถ่วง (gravity) เพื่อสร้างโครงสร้างที่ใหญ่ขึ้นถัดไป นั่นคือ กระจุกกาแล็กซีขนาดใหญ่ (supercluster) กระจุกกาแล็กซีขนาดใหญ่ (supercluster) สร้างโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาลที่เรียกว่า “เส้นใย (filament)” ซึ่งถูกคั่นด้วย “ช่องว่าง (void)” ขนาดใหญ่สีดำ ทำให้เรามองเห็นจักรวาลที่สังเกตได้เป็นโครงสร้างเหมือนเส้นใย ที่เรียกว่า “โครงข่ายจักรวาล (Cosmic web)” ซึ่งเป็นชื่อที่นักดาราศาสตร์ตั้งให้กับโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาล เส้นใยแต่ละเส้นของ […]
ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#21 บทที่ 3 จักรวาลที่กำลังขยายตัว : รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล
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 […]
กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#25 รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลตอนที่ 4 CMB Reveals Cosmic Composition
รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (Cosmic Microwave Background: CMB) เป็นการส่งผ่าน “พลังงานความร้อน” ในลักษณะเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า CMB เป็นรังสีที่เก่าแก่ที่สุดของจักรวาล มีอายุประมาณ 380,000 ปีหลังการเกิดระเบิดครั้งใหญ่บิกแบง (Big Bang) หรือประมาณ 13.8 ล้านปีก่อน ก่อนหน้านี้จักรวาลมีความร้อนและหนาแน่นมากจนทึบแสงทั้งหมด เมื่อจักรวาลเย็นลง (อุณหภูมิของจักรวาลอยู่ที่ 3,000 เคลวิน) มากพอที่จะทำให้โปรตอนและอิเล็กตรอนรวมตัวกันเป็นอะตอมของธาตุไฮโดรเจน (75%) และฮีเลียม (25%) ทำให้จักรวาลในช่วงนี้กลายมาเป็นโปร่งใส เนื่องจากอนุภาคของแสงหรือโฟตอนไม่กระเจิงจากการชนกับอิเล็กตรอนอิสระอีกต่อไป แสงสามารถเดินทางผ่านอวกาศนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา แสงบางส่วนมุ่งหน้ามายังโลกและเรียกแสงนี้ว่า รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล หรือ CMB ที่มีความถี่อยู่ในย่านความถี่ของคลื่นไมโครเวฟ ถูกตรวจจับได้โดยกล้องโทรทรรศน์วิทยุ (radio telescope) Ellie Goulding – Burn (Youtube) แผนที่ท้องฟ้าของ CMB (a) COBE : 1990 map, angular resolution […]
กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#24 รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลตอนที่ 3 CMB Polarization
รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (Cosmic Microwave Background: CMB) universeadventage.org ในช่วง 380,000 ปีแรกหลังการระเบิดบิกแบง (Big Bang) จักรวาลร้อนและมีความหนาแน่นสูงมาก จนสสารและอนุภาคของแสงหรือโฟตอนทั้งหมดดำรงอยู่ในสถานะพลาสม่า (plasma) ในช่วงเวลานี้โฟตอนไม่สามารถเดินทางผ่านพลาสม่าได้โดยไม่ถูกรบกวน เนื่องจากโฟตอนชนกับอนุภาคของสสารที่มีประจุไฟฟ้าที่วิ่งอยู่อย่างอิสระอยู่ตลอดเวลาซึ่งส่วนใหญ่เป็นอิเล็กตรอนและโปรตอน ในปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “การกระเจิงของทอมป์สัน (Thomson scattering)” ทำให้โฟตอนไม่สามารถเคลื่อนที่ไปได้ไกล เป็นผลให้จักรวาลในช่วงเวลานี้ทึบแสง ต่อมา 380,000 ปีหลังจากการระเบิด Big Bang จักรวาลเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ 3,000 เคลวิน (2,727 องศาเซลเซียส) ทำให้อิเล็กตรอนถูกดึงเข้ามาอยู่ในวงโคจรของนิวเคลียส เกิดการรวมตัวเป็นอะตอมของธาตุ (Recombination) ซึ่งเป็นอะตอมของธาตุไฮโดรเจน (75%) และฮีเลียม (25%) อันเป็นองค์ประกอบส่วนใหญ่ของธาตุทั้งหมดในจักรวาล ซึ่งทั้งหมดอยู่ในสถานะก๊าซ ส่งผลให้โฟตอนผ่านไปโดยไม่กระเจิง เกิดแสงแรกในจักรวาลที่แผ่ออกไป นี้คือสิ่งที่เราเห็นเป็นรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (Cosmic Microwave Background) เรียกย่อๆว่า CMB และจักรวาลกลายเป็นโปร่งใส รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล เป็นความร้อนที่หลงเหลืออยู่จากการระเบิดครั้งใหญ่ หรือเป็นเสียงสะท้อนของบิกแบง (Echo of Big […]
กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#22 รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลตอนที่ 2 CMB Anisotropy
จากทฤษฎีสภาวะคงที่ (Steady State Theory) จักรวาลไม่มีจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุด จักรวาลมีสภาพดังที่เป็นอยู่ในปัจจุบันนานแล้ว และจะคงอยู่ในสภาพนี้ตลอดไป นักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงหลายคนในยุคนั้น รวมทั้งไอน์สไตน์เชื่ออย่างยิ่งกับทฤษฎีนี้ slideshare.net การท้าทายแรกต่อทฤษฎีสภาวะคงที่ มาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (Theory of General Relativity) ที่ไอน์สไตน์ประกาศในปี 1915 ซึ่งทฤษฎีนี้อธิบายว่า มวลสารและพลังงานทำให้เกิดความโค้งของที่อวกาศ-เวลา ซึ่งความโค้งนี้คือความโน้มถ่วง ตอนที่ไอน์สไตน์พยายามสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เขาพบว่าทฤษฎีของเขาดูเหมือนจะคาดการณ์การยุบตัวของจักรวาล โดยความโน้มถ่วงจะดึงดวงดาวและสสารอื่นๆเข้าด้วยกัน เป็นสาเหตุทำให้จักรวาลเกิดถล่มตัว (collapse) ลงอย่างช้าๆในตัวของมันเอง ซึ่งบ่งชี้ว่า สสาร พลังงานและเวลา มีจุดเริ่มต้น นั่นหมายความว่าจักรวาลมีจุดกำเนิด ไอน์สไตน์เรียกการค้นพบนี้ว่า “เป็นสิ่งน่ารำคาญ” เขาต้องการให้จักรวาลคงอยู่ด้วยตัวของมันเอง ไม่ขึ้นกับสาเหตุภายนอก เขาจึงเพิ่มค่าคงที่ทางดาราศาสตร์ที่เรียกว่า “Fudge factor (ปัจจัยเหลวไหล)” ลงไปในสมการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขาเพื่อดึงความโน้มถ่วงกลับมา Fudge factor นี้ที่เขาเพิ่มเข้าไปจะอนุญาตให้จักรวาลรักษาสภาพคงที่ไว้ จะได้ไม่ไปขัดแย้งกับ Steady State Theory ที่เขาเชื่ออยู่ในขณะนั้น ประการหนึ่ง ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์มีการส่อความทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่สำคัญ เช่น การมีหลุมดำ (black […]
กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#21 รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลตอนที่ 1 CMB Discovery & CMB Temperature
lovinthings.com รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (Cosmic Microwave Background) เรียกย่อๆว่า CMB เป็นการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ปกคลุมทั่วทั้งจักรวาลอย่างสม่ำเสมอ การศึกษา CMB ทำให้นักจักรวาลวิทยาได้ข้อมูลสำคัญของจักรวาลยุคต้น เพราะมันเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่เก่าแก่ที่สุด เกิดในช่วงเวลาของการรวมตัวเป็นอะตอม (recombination) 380,000 ปีหลังการเกิดบิกแบง CMB คือความร้อนที่ยังหลงเหลืออยู่จากการระเบิดครั้งใหญ่ หรือเป็นเสียงสะท้อนของบิกแบง (Echo of Big Bang) ถือว่าเป็นหลักฐานที่หนักแน่นที่สุดหรือดีที่สุดที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง ซึ่งเป็นทฤษฎีที่อธิบายการกำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาลที่ได้รับการยอมรับมากที่สุด ในช่วงเวลาก่อนการค้นพบ CMB มีการถกเถียงการกำเนิดจักรวาลอยู่ 2 ทฤษฎี คือ ทฤษฎีบิกแบง (Big Bang Theory) และแบบจำลองสภาวะคงที่ (Steady State Model) prezi.com มันเป็นสิ่งลึกลับว่าจักรวาลเกิดขึ้นได้อย่างไรและเมื่อไรที่จักรวาลจะถึงกาลสิ้นสุด มีการตั้งสมมุติฐานที่เรียกว่าแบบจำลองทางดาราศาสตร์เพื่อพยายามค้นหาคำตอบ มีอยู่ 2 แบบจำลอง คือ แบบจำลองบิกแบง (Big Bang Model) และ แบบจำลองสภาวะคงที่ (Steady State […]