• LinkedIn
  • Join Us on Google Plus!
  • Subcribe to Our RSS Feed

วันอาทิตย์ที่ 11 กรกฎาคม พ.ศ. 2564

เอกภพและกาแล็กซี

กรกฎาคม 11, 2564 // by curayou // No comments

แบบทดสอบความรู้ออนไลน์

กำเนิดและวิวัฒนาการของเอกภพ

คำว่า "เอกภพ" หรือ "จักรวาล" เป็นคำเดียวกันตรงกับคำว่า "Universe" ซึ่งหมายถึง ทั้งหมดของสรรพสิ่งทั้งสิ้นทั้งปวง  เอกภพเป็นคำที่ใช้ในภาษาวิชาการ ส่วนคำว่าจักรวาลเป็นที่นิยมใช้แพร่หลายทั่วไป  นักดาราศาสตร์ทำการสำรวจการเลื่อนแดงของกระจุกกาแล็กซีและพบว่า กระจุกกาแล็กซีทั้งหลายกำลังเคลื่อนที่ออกห่างจากโลกมากขึ้นในทุกทิศทาง จึงตั้งสมมติฐานว่า เอกภพกำลังขยายตัว โดยเปรียบเทียบว่า ถ้าลูกโป่งคือเอกภพ และจุดบนผิวลูกโป่งคือกระจุกกาแล็กซี เมื่อเราเป่าลูกโป่ง จุดแต่ละจุดบนผิวลูกโป่งจะมีระยะทางห่างจากกันมากขึ้น
   ปัจุบันทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับการกำเนิดเอกภพคือ บิกแบง Bigbang

กำเนิดเอกภพเริ่มนับจากจุดที่เรียกว่า"บิกแบง (BigBang)" บิกแบงเป็นชื่อที่ใช้เรียกทฤษฎีกำเนิดเอกภพทฤษฎีหนึ่ง ปัจจุบันบิกแบงเป็นที่ยอมรับมากขึ้นเพราะมีปรากฏการณ์หลายอย่างที่สอดคล้องหรือเป็นไปตามทฤษฎีบิกแบงก่อนการเกิดบิกแบงเอกภพเป็นพลังงานล้วนๆ ภายใต้อุณหภูมิที่สูงยิ่ง จุดบิกแบงจึงเป็นจุดที่พลังงานเริ่มเปลี่ยนเป็นสสารครั้งแรก เป็นจุดเริ่มต้นของเวลาและเอกภพ

ปัจจุบันเอกภพประกอบด้วยกาแล็กซีจำนวนเป็นแสนล้านแห่ง ระหว่างกาแล็กซีเป็นอวกาศที่เวิ้งว้างกว้างไกลเอกภพจึงมีขนาดใหญ่มากโดยมีรัศมีไม่น้อยกว่า 15,000 ล้านปีแสง และมีอายุประมาณ 15,000 ล้านปีแสงภายในกาแล็กซีแต่ละแห่งประกอบด้วยดาวฤกษ์จำนวนมากรวมทั้งแหล่งกำเนิดดาวฤกษ์ที่เรียกว่า เนบิวลา และที่ว่าง โลกของเราเป็นดาวเคราะห์ดวงหนึ่งในระบบสุริยะซึ่งเป็นสมาชิกหนึ่งของกาแล็กซีของเรา

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 10-6วินาที อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็นสิบล้านล้านเคลวิน ทำให้ควาร์กเกิดการรวมตัวกันเป็นโปรตอน (นิวเคลียสของไฮโดรเจน)และนิวตรอน

หลังบิกแบง 3 นาที อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็นร้อยล้านเคลวิน มีผลให้โปรตรตอนและนิวตรอนเกิดการรวมตัวเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม ในช่วงแรกๆนี้เอกภพขยายตัวอย่างเร็วมาก

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

กาแล็กซีต่างๆเกิดหลักบิกแบงอย่างน้อย 1,000 ล้านปี ภายในกาแล็กซีมีธาตุไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นสารเบื้องต้นซึ่งก่อกำเนิดเป็นดาวฤกษ์รุ่นแรกๆ ส่วนธาตุต่างๆที่มีมวลมากกว่าฮีเลียมเกิดจากดาวฤกษ์ขนาดใหญ่

ข้อสังเกตที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง ปรากฏการณ์อย่างน้อย 2 อย่าง ที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง ได้แก่

1. การขยายตัวของเอกภพฮับเบิล นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันค้นพบว่า กาแล็กซีเคลื่อนที่ไกลออกไปด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นตามระยะห่าง กาแล็กซีที่อยู่ไกลยิ่งเคลื่อนที่ห่างออกไปเร็วกว่ากาแล็กซีที่อยู่ใกล้ นั่นคือ เอกภพกำลังขยายตัวจากความเข้าใจในเรื่องนี้ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถคำนวณอายุของเอกภพได้

2. อุณหภูมิพื้นหลังอวกาศซึ่งปัจจุบันลดลงเหลือ 2.73 เคลวินการค้นพบอุณหภูมิของเอกภพในปัจจุบัน 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

ดังนั้นการพบพลังงานจากทุกทิศในปริมาณที่เทียบได้กับพลังงานการแผ่รังสี ของวัตถุดำที่ประมาณ2.73เคลวินจึงเป็นอีกข้อหนึ่งที่สนับสนุน ทฤษฎีบิกแบงได้เป็นอย่างดี

รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพ           

          รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพ (Cosmic Microwave Background Radiation) หรือเรียกสั้นๆ ว่า CMB (ควันหลงของบิกแบง) เป็นสิ่งที่มีการเลื่อนทางแดงมากที่สุดในเอกภพ นั่นหมายความว่า CMB เป็นปรากฏการณ์ที่เก่าแก่ที่สุดในเอกภพ และเป็นหลักฐานยืนยันทฤษฎีบิกแบง ในปี ค.ศ.1989 NASA ได้ส่งยานอวกาศ Cosmic Background Explorer (COBE) ขึ้นไปศึกษาพบว่า CMB ความยาวคลื่นเข้มสุด 1.06 mm จึงสามารถใช้กฎของวีน (wein's law) คำนวนหาอุณหภูมิของเอกภพได้ T = 0.0029 /λmax = 0.0029 / 1 x 10-9 = 2.726 K 

          นี่คืออุณหภูมิที่เอกภพเย็นตัวลงนับจากตอนที่เอกภพมีอายุประมาณ 300,000 ปี (ช่วงเวลาของกำเนิดอะตอม) ซึ่งในปัจจุบันลดลงเหลือเพียง 2.726 K ยานอวกาศ COBE ได้ทำแผนที่แสดงอุณหภูมิของเอกภพ ดังที่แสดงในภาพที่ 2 สีแดงเป็นบริเวณที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิเฉลี่ย 10-4 K  สีน้ำเงินเป็นบริเวณที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิเฉลี่ย 10-4 K แม้ว่าอุณหภูมิจะแตกต่างเพียงเล็กน้อย แต่ก็เป็นหลักฐานยืนยันว่า แต่ละอาณาบริเวณของเอกภพเย็นตัวลงไม่พร้อมกัน กาแล็กซีจึงก่อตัวเป็นหย่อมๆ เป็นกระจุก ไม่กระจายตัวเท่าๆ กันในเอกภพ


ให้นักเรียนวิเคราะห์วิวัฒนาการของเอกภพตามรูปข้างล่าง

ตารางเปรียบเทียบวิวัฒนาการหลังเกิดบิกแบง

เช่น 

ช่วงแรกหลังการเกิดบิกแบง

    1. ช่วงเวลา 10^(-43) - 10^(-32) วินาที 

    2. มีอุณภูมิประมาณ 10^(32) - 10^(27) เคลวิน

    3. พบอนุภาคพื้นฐานคือ ควาร์ก แอนติควาร์ก อิเล็กตรอน โพซิตรอน

นิวทริโน และแอนตินิวทริโน

ช่วงท้ายการเกิดบิกแบง

    1. ช่วงเวลา 1000 -1380 ล้านปี 

    2. อุณภูมิประมาณ 100 - 2.73 เคลวิน

    3. พบอนุภาคพื้นฐานคือ นิวทริโน โฟตอน และกาแล็กซี

สรุป

นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างแบบจำลองอายุของเอกภพในแต่ละขั้นตอน อธิบายตามภาพที่ 3 ได้ดังนี้ (คลิกที่ภาพเพื่อดูภาพใหญ่)
  • 10-43 วินาที เอกภพมีอุณหภูมิสูงถึง 1032 K จึงยังไม่มีอนุภาคใดๆ เกิดขึ้น 
  • 10-10 วินาที อุณหภูมิลดลงเหลือ 1032 K กำเนิดอนุภาคขนาดเล็ก
  • 1 วินาที อุณหภูมิ 1010 K กำเนิดโปรตรอนและอิเล็กตรอน 
  • 3 นาที อุณหภูมิ 109 K โปรตรอนและนิวตรอนรวมกันเป็นนิวเคลียส 
  • 300,000 ปี อุณหภูมิลดลงเหลือ 6,000 K กำเนิดอะตอม 
  • 1,000 ล้านปี อุณหภูมิลดลงเหลือ 18 K อะตอมรวมตัวเป็นโมเลกุล กำเนิดกาแล็กซีและดาวฤกษ์
  • 13,000 ล้านปี อุณหภูมิลดลงเหลือ 3 K เอกภพในสภาพปัจจุบัน
ให้นักเรียนคลิกตามลิงค์ข้างล่าง
  1.เพื่อกำกับการเรียน
  2.ตอบได้ครั้งเดียว
  3.โปรดดูเลขที่ของตนเอง  ที่ถูกต้องในเฟสกลุ่ม









หน้า HTML ตัวอย่าง

0 Comments:

แสดงความคิดเห็น

สมัครสมาชิก: ส่งความคิดเห็น (Atom)