เอกภพ

เอกภพ

http://www.nasaimages.org/

ดาราศาสตร์ คือ วิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับดวงดาวต่างๆ รวมทั้งโลกที่เราดำรงชีวิตอยู่ ในอดีตมนุษย์บนโลกได้สังเกตลักษณะ ตำแหน่งและการโคจรของดาวบางดวงหรือบางก ลุ่ม แล้วนำมาใช้ในการนำทาง การบอกทิศ การสังเกตดวงจันทร์เต็มดวงก็ดี จันทร์เสี้ยวก็ดี ทำให้เกิดข้างขึ้นข้างแรมบนโลกมนุษย์ ส่งผลไปถึงการทำปฏิทินจันทรคติ เป็นต้น
 

โลกเป็นดาวเคราะห์ดวงหนึ่ง หมุนรอบตัวเองและโคจรรอบดวงอาทิตย์ ทำให้เกิดปรากฏการณ์หลายอย่าง เช่น กลางวัน กลางคืน ซึ่งส่งผลต่อสิ่งมีชีวิต และวิถีการดำเนินชีวิตของมนุษย์โลก

 

 กำเนิดเอกภพ

http://ilmalefico.wordpress.com/

กำเนิดเอกภพเริ่มนับจากจุดที่เรียกว่า " บิกแบง (BigBang) " บิกแบง เป็นชื่อที่ใช้เรียกทฤษฎีกำเนิดเอกภพทฤษฎีหนึ่ง ปัจจุบันบิกแบงเป็นที่ยอมรับมากขึ้น  เพราะมีปรากฏการณ์หลายอย่างที่สอดคล้อง หรือเป็นไปตามทฤษฎีบิกแบง  ก่อนการเกิดบิกแบง  เอกภพเป็นพลังงานล้วนๆ ภายใต้อุณหภูมิที่สูงยิ่ง จุดบิกแบงจึงเป็นจุดที่พลังงานเริ่มเปลี่ยนเป็นสสารครั้งแรก เป็นจุดเริ่มต้นของเวลาและเอกภพ

ปัจจุบันเอกภพประกอบด้วยกาแล็กซีจำนวนเป็นแสนล้านแห่ง ระหว่างกาแล็กซีเป็นอวกาศที่เวิ้งว้างกว้างไกลเอกภพจึงมีขนาดใหญ่มาก โดยมีรัศมีไม่น้อยกว่า 15,000 ล้านปีแสง และมีอายุประมาณ 15,000 ล้านปีแสง ภายในกาแล็กซีแต่ละแห่งประกอบด้วยดาวฤกษ์จำนวนมาก  รวมทั้งแหล่งกำเนิดดาวฤกษ์ที่เรียกว่า เนบิวลา และที่ว่าง โลกของเราเป็นดาวเคราะห์ดวงหนึ่งในระบบสุริยะ ซึ่งเป็นสมาชิกหนึ่งของกาแล็กซีของเรา

บิกแบงเป็นทฤษฎีที่อธิบายถึงการระเบิดใหญ่ที่ทำให้พลังงานส่วนหนึ่งเปลี่ยนเป็นเนื้อสาร มีวิวัฒนาการต่อเนื่องจนเกิดเป็นกาแล็กซี เนบิวลา ดาวฤกษ์ ระบบสุริยะ โลก ดวงจันทร์ มนุษย์ และสิ่งมีชีวิตต่างๆ

ขณะเกิดบิกแบง มีเนื้อสารเกิดขึ้นในรูปของอนุภาคพื้นฐานชื่อ ควาร์ก (Quark) อิเล็กตรอน (Electron) นิวทริโน (Neutrino) และโฟตอน (Photon)  ซึ่งเป็นพลังงาน  เมื่อเกิดอนุภาคก็จะเกิดปฏิอนุภาค (Anti-particle) ที่มีประจุไฟฟ้าตรงกันข้าม ยกเว้นนิวทริโนและแอนตินิวทริโน  ไม่มีประจุไฟฟ้า  เมื่อปฏิอนุภาคพบกับอนุภาคชนิดเดียวกัน จะหลอมรวมกันเนื้อสารเปลี่ยนไปเป็นพลังงานจนหมดสิ้น  ถ้าเอกภพมีจำนวนอนุภาคเท่ากับปฏิอนุภาคพอดี  เมื่อพบกันจะกลายเป็นพลังงานทั้งหมด  ก็จะไม่เกิดกาแล็กซี  ดาวฤกษ์และระบบสุริยะ  โชคดีที่ในธรรมชาติ  มีอนุภาคมากกว่าปฏิอนุภาค  ดังนั้นเมื่อปฏิอนุภาคพบอนุภาค  นอกจากจะได้พลังงานเกิดขึ้นแล้ว  ยังมีอนุภาคเหลืออยู่  และนี่คืออนุภาคก่อกำเนิดเป็นสสารของเอกภพในปัจจุบัน

หลังบิกแบงเพียง 10^-6 วินาที อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็นสิบล้านล้านเคลวิน ทำให้ควาร์กเกิดการรวมตัวกันเป็นโปรตอน (นิวเคลียสของไฮโดรเจน)  และนิวตรอน

หลังบิกแบง 3 นาที อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็นร้อยล้านเคลวิน มีผลให้โปรตรตอนและนิวตรอนเกิดการรวมตัวเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม ในช่วงแรกๆนี้ เอกภพขยายตัวอย่างเร็วมาก

หลังบิกแบง 300,000ปี อุณหภูมิลดลงเหลือ 10,000 เคลวิน นิวเคลียสของไฮโดรเจนและฮีเลียมดึงอิเล็กตรอนเข้ามาอยู่ในวงโคจร เกิดเป็นอะตอมไฮโดรเจนและฮีเลียมตามลำดับ

กาแล็กซีต่างๆ  เกิดหลักบิกแบงอย่างน้อย 1,000 ล้านปี ภายในกาแล็กซีมีธาตุไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นสารเบื้องต้นซึ่งก่อกำเนิดเป็นดาวฤกษ์รุ่นแรกๆ ส่วนธาตุต่างๆที่มีมวลมากกว่าฮีเลียมเกิดจากดาวฤกษ์ขนาดใหญ่

ข้อสังเกตที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง ปรากฏการณ์อย่างน้อย 2 อย่าง ที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง ได้แก่

1. การขยายตัวของเอกภพ  ฮับเบิล นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันค้นพบว่า กาแล็กซีเคลื่อนที่ไกลออกไปด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นตามระยะห่าง กาแล็กซีที่อยู่ไกลยิ่งเคลื่อนที่ห่างออกไปเร็วกว่ากาแล็กซีที่อยู่ใกล้ นั่นคือ เอกภพกำลังขยายตัว จากความเข้าใจในเรื่องนี้ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถคำนวณอายุของเอกภพได้

             ข้อพิสูจน์การขยายตัวของเอกภพ (expansion of the unierse)  ข้อหนึ่งก็คือข้อเท็จจริงที่ว่ากาแล็กซีจำนวนมากที่ประกอบกันขึ้นเป็นเอกภพนั้นกำลังเคลื่อนที่ห่างออกไปจากกันและกัน การสังเกตการณ์จากโลก  ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกาแล็กซีหนึ่งนั้นพบว่ากาแล็กซีอื่น ๆ กำลังเคลื่อนห่างออกไปจากเรา  และยิ่งเคลื่อนที่ห่างออกไปก็ยิ่งมีความเร็วเพิ่มขึ้น  บรรดากาแล็กซี่ที่อยู่ริมนอกของเอกภพเป็นพวกที่ได้ก่อเกิดขึ้นก่อนเป็นพวกแรก  หรืออีกนัยหนึ่งเป็นพวกที่มีอายุน้อยที่สุด  และเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเกือบเท่าความเร็วแสง ซึ่งเป็นความเร็วสูงสุดที่เป็นไปได้ท่านจะวัดความเร็วของกาแล็กซีได้อ่างไร ? (HOW DO YOU MEASURE A GALAXY'S SPEED?)         

          ในการวัดความเร็วของดาวฤกษ์ดวงหนึ่งของกาแล็กซีหนึ่งนั้น  นักวิทยาศาสตร์ใช้สิ่งที่เรียกว่า ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ (Doppler Effect) โดยหลักการที่ว่าเมื่อเทห์ฟากฟ้าเคลื่อนที่ห่างออกไปจากเรา  ถ้าแสงของมันยิ่งแดงมากขึ้นก็แสดงว่ามันยิ่งเคลื่อนที่เร็วขึ้น  ในทางกลับกัน  ถ้ามันเคลื่อนที่เข้ามาหาเราแสงของมันจะเป็นสีน้ำเงิน  เช่นเดียวกับเสียงหวูดรถไฟที่กำลังวิ่งเข้าหาเราจะมีเสียงแหลมขึ้น ๆ แต่ถ้ากำลังวิ่งออกห่างไปจากเราจะมีเสียงที่ค่อยๆ ทุ้มต่ำลงๆ

2. อุณหภูมิพื้นหลังอวกาศซึ่งปัจจุบันลดลงเหลือ 2.73 เคลวิน การค้นพบอุณหภูมิของเอกภพในปัจจุบัน หรืออุณหภูมิพื้นหลัง  เป็นการค้นพบโดยบังเอิญโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกา  2  คน คือ อาร์โน เพนเซียส  และ  โรเบิร์ต วิลสัน แห่งห้องปฏิบัติการเบลเทเลโฟน  เมื่อปีพ.ศ.2508  ขณะนักวิทยาศาสตร์ทั้งสองคน กำลังทดสอบระบบเครื่องรับสัญญาณของกล้อง โทรทรรศน์วิทยุ ปรากฏว่ามีสัญญาณรบกวนตลอดเวลา ไม่ว่าจะเป็นกลางวันหรือกลางคืน หรือฤดูต่างๆ แม้เปลี่ยนทิศทาง และทำความสะอาดสายอากาศแล้วก็ยังมีสัญญาณรบกวนอยู่เช่นเดิม ต่อมาทราบภายหลังว่าเป็นสัญญาณที่เหลืออยู่ในอวกาศเทียบได้กับพลังงานของการแผ่รังสีของวัตถุดำ ที่มีอุณหภูมิประมาณ 2.73 เคลวิน หรือประมาณ – 270 องศาเซลเซียส

ในขณะเดียวกัน โรเบิร์ต ดิกกี พี.เจ.อีพี เบิลส์ เดวิด โรลล์ และ เดวิด วิลคินสัน แห่งมหาวิทยาลัยปรินซ์ตัน        ได้ทำนายมานานแล้วว่า การแผ่รังสีจากบิกแบงที่เหลืออยู่ในปัจจุบันน่าจะตรวจสอบได้ โดยกล้องโทรทรรศน์วิทยุ

ดังนั้นการพบพลังงานจากทุกทิศในปริมาณที่เทียบได้กับพลังงานการแผ่รังสี ของวัตถุดำที่ประมาณ 2.73เคลวิน จึงเป็นอีกข้อหนึ่งที่สนับสนุน ทฤษฎีบิกแบงได้เป็นอย่างดี

บิกแบงและวิวัฒนาการของเอกภพ

http://talklikeaphysicist.com/

 กาแล็กซี (Galaxy)

http://www.nasaimages.org/

 กาแล็กซี คืออาณาจักรหรือระบบของดาวฤกษ์ จำนวนนับแสนล้านดวง อยู่รวมกัน ด้วยแรงโน้มถ่วง

ระหว่างดวงดาวกับหลุมดำที่มีมวลมหาศาล ซึ่งอยู่ ณ ศูนย์กลางของกาแล็กซี โดยมีเนบิวลาเป็นกลุ่มแก๊ส

และฝุ่นละออง ที่เกาะกลุ่มอยู่ในที่ว่างบางแห่งระหว่างดาวฤกษ์ ระบบสุริยะสังกัดอยู่ กาแล็กซีทางช้างเผือก

(Milky Way Galaxy) มีกาแล็กซีที่สังเกตได้ด้วยตาเปล่า ได้แก่ กาแล็กซีแอนโรเมดา กาแล็กซีแมกเจลแลนใหญ่

และกาแล็กซีแมกเจนแลนเล็ก

นักวิทยาศาสตร์ ได้จำแนกกาแล็กซีออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ดังนี้

1. กาแล็กซีปกติ (regular galaxy) เป็นกาแล็กซีที่มีรูปแบบ แบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม ได้แก่
 

1.1 กาแล็กซีรี (elliptical galaxy) มีรูปร่างแบบกลมรี ซึ่งบางกาแล็กซีอาจกลมมาก บางกาแล็กซีอาจรีมาก นักดาราศาสตร์ให้ความเห็นว่า กาแล็กซีประเภทนี้จะมีรูปแบบกลมรีมากน้อยเพียงใดนั้นขึ้นอยู่กับอัตราการหมุนของกาแล็กซี ถ้าหมุนเร็วกาแล็กซีจะมีรูปแบบยาวรีมาก
 

1.2 กาแล็กซีกังหัน (spiral galaxy) มีรูปร่างคล้ายกังหัน อัตราการหมุนของกาแล็กซีกังหันนี้จะเร็วกว่าอัตราการหมุนของกาแล็กซีรี บางกาแล็กซีจะมีคาน เรียกว่า กาแล็กซีกังหันมีคาน (barred spiral galaxy) เช่น กาแล็กซีทางช้างเผือก
 

1.3 กาแล็กซีลูกสะบ้า (lenticular galaxy) มีรูปร่างคล้ายเลนส์นูน
 

2. กาแล็กซีไร้รูปทรง (Irregular galaxy ) เป็นกาแล็กซีที่ไม่มีรูปร่างที่แน่นอน หรือเรียกว่า กาแล็กซีอสัณฐาน มักจะเป็นกาแล็กซีขนาดเล็ก