บทที่ 5 เอกภพ

บทที่ 5  เอกภพ

เอกภพวิทยาในอดีต

               

       นักวิทยาศาสตร์และนักปราชญ์ในรู้จักเอกภพมาตั้งแต่สมัยโบราณ แต่ความรู้เกี่ยวกับเอกภพของมนุษย์ในอดีตนั้นไม่เหมือนกับในยุคปัจจุบัน เพราะความคิดเรื่องเอกภพหรือระบบที่ใหญ่ที่สุดที่ส่งกระทบต่อมนุษย์มีรูปแบบที่แตกต่างกันตามความเชื่อและความสามารถในการสังเกตหรือจินตนาการในแต่ยุคสมัย ในหัวข้อนี้เราจะศึกษาประวัติศาสตร์ว่าตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบันมี่ผู้ที่ศึกษาเรื่องเกี่ยวกับเอกภพอย่างไรบ้าง โดยความคิดต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นทั้งหมดเกี่ยวกับระบบที่ใหญ่ที่สุดนี้ จะรวมเรียกว่า “แบบจำลองของเอกภพ” ซึ่งอาจเป็นเพียงความเชื่อที่ไม่มีผลการสังเกตมาสนับสนุนหรืออาจเป็นแบบจำลองที่มีผลการผลการสังเกตรองรับก็ได้ การศึกษาแบบจำลองต่าง ๆ นี้จะช่วยให้สามารถจินตนาการถึงเอกภพตามรู้และความเข้าใจของนักดาราศาสตร์และนักเอกภพวิทยาในปัจจุบันได้ดียิ่งขึ้น

1.แบบจำลองเอกภพของสุเมเรียนและแบบจำลองของชาวบาบิโลน

                        ในยุคเริ่มต้นประวัติศาสตร์ของมนุษย์โลกช่วงเวลาประมาณ 7,000 ปีก่อนคริสต์ศักราช ชาวสุเมเรียนเป็นชนชาติที่อารยธรรมสูง ได้ริเริ่มประดิษฐ์คิดค้นการเขียนอักษรรูปลิ่มที่เรียกว่า ยูนิฟอร์ม (cuneiform) ลงบนแผ่นดินเหนียว นักประวัติศาสตร์ได้พบการบันทึกตำแหน่งของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์โดยมีโลกแบน อยู่กับที่เป็นศูนย์ของการเคลื่อนที่ทั้งหมดพร้อมกับการตั้งชื่อกลุ่มดาวหลายกลุ่มในท้องฟ้า ชาวสุเมเรียนได้อธิบายปรากฏการณ์การเคลื่อนที่ขอดวงดาวตามความเชื่อที่เทพเจ้าปกครองโลก ดังนั้นเอกภพของชาวสุเมเรียนก็คือท้องฟ้า ที่ประกอบไปด้วยดวงดาวต่าง ๆ ที่เคลื่อนที่ไปตามเวลาซึ่งเป็นผลมาจากการดลบันดารของเทพเจ้า

                       ในช่วงระยะเวลาประมาณ 2,000 ปี ถึง 500 ปีก่อนคริสต์ศักราช ชาวบาบิโลนได้ริเริ่มสังเกตและจดบันทึกการเคลื่อนที่ของดวงดาวต่าง ๆ เป็นประจำอย่างมีระบบ โดยอาศัยพื้นฐานความรู้ทางดาราศาสตร์ของชาวสุเมเรียนนักประวัติศาสตร์พบว่าเมื่อเวลา 1,600 ปีก่อนคริสต์ศักราช ชาวบาบิโลนได้จัดทำแค็ตตาล็อคดาวฤกษ์และดาวเคราะห์พร้อมทั้งได้ระบุเส้นทางการขึ้นตกของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ทุก ๆ วัน สามารถนำผลของความรู้นี้มาใช้ในการทำนายการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ ดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ และการเปลี่ยนแปลงฤดูกาลบนโลกได้อย่างถูกต้องและแม่นยำ ชาวบาบิโลนจึงมีระบบเกษตรที่มีประสิทธิภาพสูงทำปฏิทินแสดงวันที่และฤดูกาลได้อย่างถูกต้อง

2.แบบจำลองเอกภพของกรีก 

                    การอธิบายปรากฏการณ์ต่าง ๆ บนท้องฟ้าของขาวกรีกโบราณพัฒนาขึ้นโดยอาศัยข้อมูลและความรู้ทางดาราศาสตร์ของชาวสุเมเรียนและชาวบาบิโลน แต่ชาวกรีกได้พัฒนาคำอธิบายปรากฏการณ์ต่าง ๆ ในท้องฟ้าโดยอาศัยคณิตศาสตร์เป็นเครื่องมือ ชาวกรีกได้ประยุกต์ความรู้ทางคณิตศาสตร์ในเรื่องของจำนวนและเรขาคณิตในการพัฒนาแบบจำลองเอกภพของพวกเขา ชาวกรีกคนแรกที่เสนอแนวคิดที่สำคัญมากของวิชาดาราศาสตร์ คือ อาริสโตเติล (Aristotle, 384 – 325 ปีก่อนคริสต์ศักราช) ซึ่งเสนอว่าโลกมีลักษณะเป็นทรงกลม โดยสังเกตว่าดาวฤกษ์ที่เคลื่อนที่รอบดาวเหนือบางดวงสามารถสังเกตเห็นได้ที่อียิปต์แต่ไม่สามารถสังเกตเห็นได้ที่กรีซ นอกจากนั้น อาริสตาร์คัส แห่งซามอส (Aristarchus of Samos, 310 – 230 ปีก่อนคริสต์ศักราช) นักคณิตศาสตร์และนักปราชญ์ชาวกรีกเป็นบุคคลแรกในประวัติศาสตร์ที่ระบุว่าโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์โดยดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง และโลกจะโคจรครบ 1 รอบ ในเวลา 1 ปี

                       แต่ ทอเลมี (C. Ptolemy ประมาณ ค.ศ. 300) นักปราชญ์ชาวกรีกเชื่อว่าโลกแบน อยู่กับที่ ดวงดาวเคลื่อนที่รอบโลก โดยมีระยะห่างจากโลกตามลำดับ คือ ดวงจันทร์ ดาวพุธ ดาวศุกร์ ดวงอาทิตย์ ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี และดาวเสาร์ ส่วนดาวฤกษ์โคจรรอบโลกรอบละ 1 วันและอยู่ไกลจากโลกมาก

3.แบบจำลองเอกภพของเคพเลอร์ 

     ทิโค บราห์ (Tycho Brahe, ค.ศ. 1546 - 1601) นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์กสังเกตการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์และจดบันทึกตำแหน่งอย่างละเอียดทุกวันเป็นเวลานับสิบปี ผลการสังเกตครั้งนี้ทำให้เขาไม่เชื่อในคำอธิบายการโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ของโคเพอร์นิคัส (Nicolous Copernicus, ค.ศ. 1473 -1543) ชาวโปแลนด์ ที่กล่าวว่าดาวเคราะห์เคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์เป็นวงกลม แต่ผลการสังเกตและการสรุปผลนี้ไม่เป็นผลสำเร็จในช่วงที่ทิโค บราห์ยังมีชีวิต อย่างไรก็ตามเขาได้มอบผลงานทั้งหมดนี้ให้แก่ผู้ช่วยของเขาชาวเยอรมมัน ชื่อ โยฮัสเนส เคพเลอร์ (Johannes Kepler,ค.ศ. 1571 - 1630) เคพเลอร์ได้บันทึกตำแหน่งดาวเคราะห์เพิ่มเติมแล้วจึงตั้งแบบจำลองที่อธิบายการเคลื่อนที่ของดวงดาวต่าง ๆ ว่าดาวเคราะห์จะโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงรี โดยมีดวงอาทิตย์อยู่ที่จุดโฟกัสของวงโคจรรูปวงรีนั้น ส่วนดารฤกษ์ต่าง ๆ อยู่ในตำแหน่งประจำซึ่งไกลออกไปจากดาวเคราะห์ เคพเลอร์พบว่าการอธิบายข้อมูลจากการสังเกตของทิโค บราห์ด้วยแบบจำลองของเขาพบว่าแบบจำลองของเขาของเขาจะมีความถูกต้องแม่นยำมากกว่าการอธิบายด้วยแบบจำลองของโคเพอร์นิคัส ต่อมาภายหลังแบบจำลองเอกภพของเคพเลอร์ได้รับการยอมรับและเป็นกฎการเคลื่อนที่ 3 ข้อ ของเคพเลอร์ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน                 

 4.แบบจำลองเอกภพของกาลิเลโอ

 

กาลิเลโอเป็นชาวอิตาลี เป็นคนแรกที่ได้ใช้กล้องโทรทัศน์ เพื่อการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ แบบจำลองของกาลิเลโอเชื่อว่า ดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะ โดยมีดาวเคราะห์ต่างๆ เคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์เป็นวงกลม แบบจำลองของเขาเป็นแบบจำลองที่มีขนาดไม่จำกัด ซึ่งเชื่อว่ายังมีวัตถุอื่นที่อยู่ไกลกว่าดาวเสาร์ ต่อมา “เซอร์ ไอแซก นิวตัน” ค้นพบว่า ลักษณะการโคจรของดาวเคราะห์เกิดจากผลของแรงโน้ม ทำให้ปัจจุบันนักดาราศาสตร์ยอมรับกฎการเคลื่อนที่ดาวเคราะห์ 3 ข้อ ของเคปเลอร์

กำเนิดเอกภพ

เอกภพเป็นระบบรวมของดาราจักรที่มีอาณาเขตกว้างใหญ่ไพศาลมาก เชื่อกันว่าในเอกภพมีดาราจักรรวมอยู่ประมาณ 10,000,000,000 ดาราจักร (หมื่นล้านดาราจักร) ในแต่ละดาราจักรจะประกอบด้วยระบบของดาวฤกษ์  กระจุกดาว  เนบิวลา หรือหมอกเพลิง ฝุ่นธุลีคอสมิก  ก๊าซ และที่ว่างรวมกันอยู่

ทฤษฎีบิกแบง

ทฤษฎี “บิกแบง” เป็นทฤษฎีกำเนิดเอกภพที่เป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางในปัจจุบัน ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของเอกภพและเวลาได้อธิบายว่า เอกภพเริ่มจากพลังงานเปลี่ยนสสาร จากขนาดเล็กเป็นขนาดใหญ่ จากอุณหภูมิสูงเป็นอุณหภูมิต่ำ สสารที่เกิดขึ้นครั้งแรกเป็นอนุภาคมูลฐานชนิดต่างๆ  จากนั้นอนุภาคเหล่านี้จึงรวมตัวกันกลายเป็นอะตอมของไฮโดรเจนและฮีเลียม ซึ่งมีวิวัฒนาการต่อเนื่องจนกลายเป็นกาแล็กซี เนบิวลา ดาวฤกษ์ ระบบสุริยะ โลก ดวงจันทร์ มนุษย์และสิ่งมีชีวิตต่างๆ

กาแล็กซี

               อาณาจักรหรือระบบของดาวฤกษ์จำนวนนับแสนล้านดวง อยู่รวมกันด้วยแรงโน้มถ่วงระหว่างดวงดาวกับ หลุมดำ ที่มีมวลมหาศาล ซึ่งอยู่ ณ ศูนย์กลางของกาแล็กซี่ โดยมีเนบิวลาซึ่งเป็นกลุ่มแก๊สและฝุ่นละอองที่เกาะกลุ่มอยู่ในที่ว่างบางแห่งระหว่างดาวฤกษ์ (หลุมดำ คือ บริเวณในอวกาศที่มีแรงโน้มถ่วงสูง ไม่มีอะไรออกจากบริเวณนี้ได้แม้แต่แสงสว่างที่เคลื่อนที่เร็ว 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที ก็ออกจากหลุมดำไม่ได้ เมื่อไม่มีแสงออกมาหลุมดำจึงมืด)

กาแล็กซีทางช้างเผือก

               ในคืนที่ท้องฟ้าปลอดโปร่งแจ่มใส ไม่มีแสงจันทร์สว่างหรือแสงไฟรบกวน จะสังเกตเห็นทางช้างเผือกปรากฏเป็นแถบฝ้าสีขาวจางพาดผ่านท้องฟ้า ขนากกว้างประมาณ 15˚ พาดผ่านเป็นทางยาวรอบท้องฟ้า โดยมากจะพาดจากขอบฟ้าหนึ่งไปยังอีกขอบฟ้าหนึ่ง โดยเฉพาะท้องฟ้าในทิศทางของกลุ่มดาวแมงป่อง (ขณะขึ้นไปสูงสุดจะอยู่ทางทิศใต้ที่มุมเงยประมาณ 50˚) กลุ่มดาวคนยิงธนู กลุ่มดาวนกอินทรีย์และกลุ่มดาวหงส์ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทางช้างเผือกที่มองเห็นได้ง่าย ชัดเจนและสวยงามมากกาแล็กซีไม่เท่ากัน จากการวิจัยเรื่องกลุ่มของกาแล็กซีของนักดาราศาสตร์บางคนสรุปได้ว่า กาแล็กซีที่สว่างมากที่สุดในกลุ่มกาแล็กซีกลุ่มใดก็ตามถือว่ากาแล็กซีนั้น เป็น “เทียนมาตรฐาน” กล่าวคือ ช่วยให้นักดาราศาสตร์ใช้ความสว่างของกาแล็กซีนั้นๆทำการศึกษาเรื่องกฎของฮับเบิล จากการศึกษากลุ่มของกาแล็กซีนี่เอง ทำให้ทราบว่า การขยายตัวของเอกภพเกิดจากการเคลื่อนที่ของกลุ่มกาแล็กซีแต่ละกลุ่มมากกว่า แต่ละกาแล็กซีต่างก็เคลื่อนที่ไปจากกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา