ควาร์ก อิเล็กตรอน นิวทริโน

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

ปัจจุบันเอกภพประกอบด้วยกาแล็กซีจำนวนเป็นแสนล้านแห่ง ระหว่างกาแล็กซีเป็นอวกาศที่เวิ้งว้างกว้างไกล เอกภพจึงมีขนาดใหญ่มาก 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 300,000 ปี อุณหภูมิลดลงเหลือ 10,000 เคลวิน นิวเคลียสของไฮโดรเจนและฮีเลียมดึงอิเล็กตรอนเข้ามาอยู่ในวงโคจร เกิดเป็นอะตอมไฮโดรเจนและฮีเลียมตามลำดับ

กาแล็กซีต่างๆ  เกิดหลักบิกแบงอย่างน้อย 1,000 ล้านปี ภายในกาแล็กซีมีธาตุไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นสารเบื้องต้นซึ่งก่อกำเนิดเป็นดาวฤกษ์รุ่นแรกๆ ส่วนธาตุต่างๆที่มีมวลมากกว่าฮีเลียมเกิดจากดาวฤกษ์ขนาดใหญ่

บิกแบงและวิวัฒนาการของเอกภพ

http://talklikeaphysicist.com/

 1.2  หลักฐานที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง

http://ilmalefico.wordpress.com/

ข้อสังเกตที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง ปรากฏการณ์อย่างน้อย 2 อย่าง ที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง ได้แก่

1. การขยายตัวของเอกภพ ฮับเบิล นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันค้นพบว่า กาแล็กซีเคลื่อนที่ไกลออกไปด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นตามระยะห่าง กาแล็กซีที่อยู่ไกลยิ่งเคลื่อนที่ห่างออกไปเร็วกว่ากาแล็กซีที่อยู่ใกล้ นั่นคือ เอกภพกำลังขยายตัวจากความเข้าใจในเรื่องนี้ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถคำนวณอายุของเอกภพได้

2. อุณหภูมิพื้นหลังอวกาศซึ่งปัจจุบันลดลงเหลือ 2.73 เคลวิน การค้นพบอุณหภูมิของเอกภพในปัจจุบัน หรืออุณหภูมิพื้นหลังเป็นการค้นพบโดยบังเอิญโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกา 2 คน คือ อาร์โน เพนเซียส และโรเบิร์ต วิลสัน แห่งห้องปฏิบัติการเบลเทเลโฟน เมื่อปีพ.ศ.2508 ขณะนักวิทยาศาสตร์ทั้งสองคน กำลังทดสอบระบบเครื่องรับสัญญาณของกล้อง โทรทรรศน์วิทยุปรากฏว่ามีสัญญาณรบกวนตลอดเวลา ไม่ว่าจะเป็นกลางวันหรือกลางคืน หรือฤดูต่างๆ แม้เปลี่ยนทิศทาง และทำความสะอาดสายอากาศแล้วก็ยังมีสัญญาณรบกวนอยู่เช่นเดิม ต่อมาทราบภายหลังว่าเป็นสัญญาณที่เหลืออยู่ในอวกาศเทียบได้กับพลังงานของการแผ่รังสีของวัตถุดำ ที่มีอุณหภูมิประมาณ2.73เคลวินหรือประมาณ – 270 องศาเซลเซียส

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

ดังนั้นการพบพลังงานจากทุกทิศในปริมาณที่เทียบได้กับพลังงานการแผ่รังสีของวัตถุดำที่ประมาณ 2.73 เคลวิน จึงเป็นอีกข้อหนึ่งที่สนับสนุน ทฤษฎีบิกแบงได้เป็นอย่างดี

           มาถึงในตอนท้ายสุดน��  เราอยากจะขอย้ำให้ชัดเจนอีกครั้งว่า อะตอม โปรตอน และนิวตรอน อนุภาคที่เมื่อประมาณ 30 กว่าปีที่แล้ว      ที่เคยเชื่อกันว่าเป็นอนุภาคมูลฐานนั้น     แท้จริงแล้วยังมี
อนุภาคขนาดจิ๋วกว่าอยู่ภายในอีก  เราเรียกว่า ควาร์ก   แต่หลายคนอาจยังสงสัยว่า หาก ในอนาคต
เรามีเครื่องมือที่สร้างพลังงานได้สูงยิ่งกว่า���  บางทีเราอาจจะพบอนุภาคที่เล็กจิ๋วลงไปกว่าน��อีกก็
เป็นได้    ซึ่งถึงตอนนั้นเราก็ต้องยอมรับเพราะวิทยาศาสตร์คือความจริงที่เปลี่ยนแปลงได้ แต่มาจน
ถึงปัจจุบัน��� ปี ค.ศ. 2006    เรามีหลักฐานและเหตุผลตามหลักทฤษฎีที่ทำให้เชื่อได้ว่า    เราพบหรือ
เข้าใกล้อนุภาค���นฐานที่สุดในธรรมชาติแล้ว    นั่นก็คือ  ควาร์ก  อิเล็กตรอน   มิวออน  ทาว   และ นิวตริโนทั้งหลาย
         การค้นพบควาร์ก แอนติควาร์กพร้อมด้วยสมบัติของมัน   ทำให้นักวิทยาศาสตร์ทำนายได้ว่า โปรตอน(ที่ประกอบไปด้วยควาร์กนั้น)  ซึ่งมีอยู่เป็นจำนวนมากในสสารทั่วๆไป จะสลายตัวไป
เป็นอนุภาคที่เบากว่าได้       ทั้ง���เพราะพลังงานของควาร์กไม่คงที่       แต่คงเป็นเรื่องยากที่จะ
สังเกตการณ์การสลายตัวของโปรตอน  แต่ก็อาจมองได้ว่า ตัวเราเองคือหลักฐานของกระบวนการ
ในทางกลับกัน นั่นคือกระบวนการสร้างโปรตอน หรือสร้างควาร์กจากสภาวะแรกเริ่ม  ซึ่งถือว่า
เป็นจุดเริ่มต้นของเอกภพ  สสารต่างๆบนโลกมีส่วนประกอบหลักเป็นโปรตอน  และนิวตรอน ที่ประกอบข��จากควาร์ก     นอกจา����การตรวจจับนิวตริโน อนุภาคที่มีคุณสมบัติเด่นคือ���ӹҨ
���ط��ǧ������ա�����觷��������ѡ���ҧ������(���ҧ⿵͹)   อีกทั้งยัง�١�ٴ��׹������
�����ҡ � ����    เราได้ข้อมูลเกี่ยวกับ บิ๊กแบง(big bang)จุดเริ่มต้นของเอกภพ ณ  จุ����เชื่อกัน
ว่าเอกภพมีขนาดเป็นศูนย์    แต่มีความร้อนเป็นอนันต์     เมื่อเอกภพขยายตัวอุณหภูมิลดลงก็จะมี
โฟตอน อิเล็กตรอนและนิวตริโนเกิด���น    นิวตริโน���เองที่เดินทางมาถึงโลกเรา    อีกทั้งนิวตริโน
ยังเป็นตัวช��วัดการใกล้สู้จุดจบของดวงดาวต่างๆในเอกภพด้วย    หรือบางทีอาจจะเป็นเอกภพเอง
ก็เป็นได้   เพราะจากหลักฐานที่เชื่อได้ว่าเอกภพขยายตัวออกช้าๆ   ตลอดเวลา     ในที่สุดแล้วแรง
โน้มถ่วงจะทำให้การขยายตัวหยุดลง และเอกภพจะเริ่มหดตัว แล้วจะเกิดอะไรข��นต่อคิดว่าคงเดา
ได้ไม่ยาก แต่เหตุการณ์น��จะไม่เกิด���นถ้าหากเอกภพขยายตัวในอัตราที่สูงกว่าจุดวิกฤติ   ที่จะทำ
ให้แรงโน้มถ่วงไม่มีกำลังมากพอที่จะหยุดการขยายตัว และเอกภพก็จะขยายตัวต่อไปชั่วนิรันดร์ ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงต้องคำนวณหาอัตราการขยายตัวของเอกภพ โดยอาศัย การวัดความหนา-
แน่นของเอกภพ  แม้ตอน���มวลสารที่พบแล้วยังน้อยกว่า  1 ใน 100 ของจุดวิกฤติที่จะช่วยยับยั้ง
การขยายตัวของเอกภพ     แต่นิวตริโนที่เราเพิ่งค้นพบ(แม้มีมวลอันน้อยนิด)   รวมถึง สสารมืด
(dark matter) ก็เป็นสิ่งที่ทำให้เราใจ��鹢��   ถึงจะยังมีรายละเอียดไม่สมบูรณ์ ในตอ����็ตามแต่
�����������      ���������㨹�ǵ��������ҧ�֡���     ��Ҩ�������ŷ�����͡���͡���ѹ���
�ͺࢵ  ��駷����͹��ѧ��ʹյและแนวโน้มในอนาคต�ย�ҧแน่นอน.
         แต่จะอย่างไรก็ตาม     เราไม่ต้องวิตกกังวลไป เพราะถึงแม้ว่าเอกภพจะหดตัวและถึงจุดจบใน
ที่สุด มันจะไม่เกิดข��นก่อน 1 หมื่นล้านปีข้างหน้า และเมื่อถึงเวลานั้น   ถ้าหากมนุษย์ไม่เดินทางไป
ตั้งถิ่นฐานในระบบสุริยะอื่นๆ  มนุษย์ก็จะส��นสุดไปก่อนหน้าแล้วพร้อมกับจุดจบของดวงอาทิตย์