นักวิทยาศาสตร์คนใดเป็นผู้เสนอแนวคิดทฤษฎีบิกแบง

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 

นักวิทยาศาสตร์คนใดเป็นผู้เสนอแนวคิดทฤษฎีบิกแบง
นักวิทยาศาสตร์มากมายพยายามพิสูจน์ทฤษฎีของไอน์สไตน์ อย่างเรื่องแรงกระทำต่อพื้นที่รอบมวลมาก เช่น ดวงอาทิตย์ ก็ได้รับการพิสูจน์ในเวลาต่อมา
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

See also

นักวิทยาศาสตร์คนใดเป็นผู้เสนอแนวคิดทฤษฎีบิกแบง
การพลอตระยะห่างของกาแล็กซีของ เอ็ดวิน ฮับเบิล ที่แสดงให้เห็นถึงการขยายตัวของเอกภพ
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

��ɮ� ��ԡầ� (Big Bang Theory) �繷�ɮշҧ������ʵ�������Ƕ֧����ѵ���ʵ��������Ңͧ�ѡ���� �Ѩ�غѹ�繷�ɮշ���繷�����Ͷ���������Ѻ�ҡ����ش ��ɮպԡầ�Դ��鹨ҡ����ѧࡵ�ͧ�ѡ������ʵ������� ��й��ѡ���š��ѧ���µ�� �ǧ��ǵ�ҧ � ����ͧ��ҡ��ѧ�����ҧ�͡�ҡ�ѹ�ء�� �������͹��Ѻ����ʹյ �ǧ��ǵ�ҧ� ���������ѹ�ҡ���ҹ�� �������͹ѡ������ʵ��ӹdz�ѵ�Ҥ������Ǣͧ��â��µ�Ƿ�����Һ�֧���آͧ�ѡ������С�ä�����µ�Ǣͧ�ѡ���� ���������ҧ��ɮա�á��Դ�ѡ���Ţ���ա���� �����ɮչ�� �ѡ���š��Դ�������ͻ���ҳ ��,��� ��ҹ�շ������ ��͹����Դ�ͧ�ѡ���� ����������� ��ͧ��ҧ ���͡������ �ѡ��������§�ش��������觡����е����ҹ�� ��д����˵���ѧ����ҡ���Ѵ �ѡ���ŷ����硷���ش��������Դ�͡���ҧ�ع�ç����Ǵ�����������§����������Թҷ� (Inflationary period) �ç���Դ�������Դ��͡�ҵث���ʧ�������ö���ؼ�ҹ�� (Plasma period) ����Ҩѡ���ŷ����ѧ���µ����������ŧ ��͡�ҵ�����������ǡѹ���е�� �ѡ�������������ʧ 㹷ҧ��ɮ����Ǿ�鹷��ҧ��觨������˹��蹡��� ��͹���� �������ʧ�͡���ҡ���� ��觵���Ҿ�鹷������ҹ�����͵���繡������͡��ѹ�ѹ�˭�������� �������顮�ͧ�ç�����ǧ �������͡��ѹ�ѹ����ҹ�������� ᵡ�͡ �����ç���ҧ�ͧ ����š�Ք (Galaxy) �ǧ��ǵ�ҧ � ���͵�Ǣ��㹡��š�� ��Шѡ���Ţ��µ���͡���ҧ������ͧ���֧�Ѩ�غѹ

�ѡ������ʵ��ӹdz��Ҩѡ������һ�Сͺ仴��¡��š�ջ���ҳ � ��ҹ��ҹ���š�� ������С��š���մ��ġ�����ҧ�蹴ǧ�ҷԵ���������ҳ � ��ҹ��ҹ�ǧ �������¨ѡ���Ţͧ���������¢ͺ�ͧ���š�շ�����¡��� ��ҧ��ҧ��͡� (Milky Galaxy) ��С��š�շҧ��ҧ��͡��������¢ͺ�ͧ�ѡ�����˭������ ��Ҩ֧�������ٹ���ҧ�ͧ�ѡ������� �����Ҩ�㹤��������

㹻� �.�. ���� ������� �⤺Ք (COBE) �ͧͧ���ùҫ��������Ѱ����ԡ� ��觶١�觢��������֡�һ���ѵ���ʵ��ͧ�ѡ������੾�� ��鹾��ѧ����ҳ ��觺觺͡�֧�ç���ҧ�ͧ�ѡ���Ţ������ͨѡ������������§ ���,��� �� �Ѻ�繡�ä鹾������Ӥѭ����׹�ѹ��� �ѡ���š��Դ����Ҩҡ�ش������鹢ͧ������Դ ��Ф�����µ�ǵ����͸Ժ��㹷�ɮ� ��ԡầ� ��ԧ ��������ɮա�á��Դ�ѡ�������� �ѡ������ʵ���ʹ���Ҩѡ���Ũ�����شŧ���ҧ�� �շ�ɮշ��͸Ժ������ͧ������� � ��ɮ� ��ɮ��á ��������

������ç���Դ����شŧ ����ѹ����Ңͧ���š�յ�ҧ� �д֧�ٴ��觡ѹ��Сѹ �����ѡ����˴��ǡ�Ѻ����з�觶֧������ҹ ��ɮշ���ͧ ͸Ժ����� �ѡ���ŨТ��µ����ѵ�Ҫ�� � �֧������ҹ�Ҩ��� ���ŴӔ(dark matter) �������ѧ������ѡ����ҳ����Ҥ���ִ�§�ѡ������� �ѡ���ŨТ��µ���������� ���ҡ�����׺�� ��ǹʵ��� ���졡�� (Stephen Hawking) ���ʹͷ�ɮշ�������� �ѡ���ŨТ��µ����ѵ�Ҥ������Ƿ������������ҧ����շ������ش ��ɮպԡầ������Ѻ����������ʹ��·�ɮ����Ѳ�ҡ�� (Evolution Theory) �ͧ����� �����Թ (Charles Darwin) ������š��繵��ŧ��� ��ԡ�������ըҡ��������š㹷���ش���ǡ������Դ�͹�� ����͹�ӡ������Դ��� ��������ŧ���繽� ������Դ����� �Ӹ�� ���� ��������ط� ���Ѳ�ҡ�ù�����ѡɳ�Ẻ ����ǡ��ⴴ� (Emergent Evolution) ����������͹Թ�������й�ӻ���ҳ�����������ҷ����ǹҹ 㹷���ش�س�Ҿ������ ����Ե� ���Դ��� ����� �ԡầ ����ԧ�繤�������¹����Դ�ҡ �ѡ������ʵ�� ���� �ô����� ����Ҵ�������е��㨨з���¤���������Ͷ�ͧ͢��ɮշ��������������շҧ�繨�ԧ���ҧ�á�� ��ä鹾� �����ǿ�����ѧ 㹻� �.�. 1964 ��觷�����������ö����ʸ��ɮպԡầ�� ����ѡ�ҹ�Ӥѭ���٨������١��ͧ�ͧ��ɮա���Դ�ͧ�͡�����

��ɮա�����Դ�����˭��С��˹�� ��� 㹻� �.�. 1965 �ѡ�Է����ʵ���� ����ѷ ���� �ź��ͷ���� ���Ѱ ���Թ���ºú�ǹ�ͧ�����Է�شѧ�ҡ�ҡ �ͺ��Ⱥ���ͧ��� �ѡ�Է����ʵ����ӹdz��������� ����ҡ�͡���ըش���Դ �ҡ����ǧ�㹨ѡ��������ͻ���ҳ 1.1 x 1010-1.8x1010 �������� ��� ��ɮա�����Դ�����˭�ͧ�ѡ���ž�ѧ�ҹ����ѧ�ŧ���������㹡�����Դ �����˭�е�ͧ���Ҿ���㹻Ѩ�غѹ ��Ш����س����Ի���ҳ 3 ͧ���˹�� �ٹ��ͧ������ó� ���ͧ�ҡ��ѧ�ҹ�����͡���������ǿ �դ�����Ǥ��� ���¡��� 1 �.�. �Ũҡ������Թ���§����������ǿ�ѧ�ҡ�ҡ�ͺ��ȷҧ�� ��ͧ��Ҵѧ����� ����͹ѡ�Է����ʵ��ӡ���Ѵ���ҧ���Ѵ���ѧ�����ѡ�Է����ʵ�� ������ ������ͧ���������ǿ ����ͧ��ҷ��Ƿ�ȷҧ ��� ��ǹ����ŧ����� �ҡ������Դ�����˭�ͧ�ѡ����