ศูนย์รวมความรู้

กระทรวงเทคโนโลยี
สารสนเทศและการสื่อสาร

รายละเอียดแนวทางการพัฒนากิจการอวกาศ
ของประเทศไทย
 


หน่วยงานในสังกัดกระทรวงไอซีที












<< เชื่อมโยงเว็บไซต์ >>

  หน้าหลัก \ ศูนย์รวมความรู้

    ศูนย์รวมความรู้

โดย วิษณุ เอื้อชูเกียรติ

เอกภพอันไพศาลเกินจินตนาการของมนุษย์ มีใครรู้บ้างว่าสิ้นสุดที่ตรงไหน แต่ก่อนเราคิดว่ารู้ แต่ยิ่งความรู้ทางดาราศาสตร์ของเรามากขึ้นเท่าไร ความไม่รู้ของเราเกี่ยวกับขอบเขตของเอกภพกลับยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เอกภพใหญ่แค่ไหนไม่ใช่เรื่องที่ตอบได้อย่างตรงไปตรงมา

ความคิดเรื่องจักรวาล
ปัจจุบันนี้เราใช้คำว่า จักรวาล กับ เอกภพ ในความ หมายเดียวกัน แทนกันได้ แต่นั่นเป็นเพราะจักรวาลของเราโตขึ้นจนเท่ากับเอกภพต่างหาก

เมื่อหลายพันปีก่อน คนเราเคยคิดว่าโลกแบน ทุกอย่างที่เห็นคือทุกอย่างที่มีอยู่ ไม่มีอะไรนอกเหนือกว่านั้น ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดวงดาว ล้วนโคจรรอบโลก จักรวาลของคนยุคนั้นคือผืนดิน ผืนน้ำ และท้องฟ้า เลยไปกว่านั้นก็ไม่มีอะไรแล้ว ใครที่เดินทางไกลเกินไปอาจตกขอบโลก ใต้แผ่นดินมีปลาอานนท์หนุน ใต้ปลาอานนท์ก็มีแต่น้ำ มันอยู่ของมันไป นานๆ ครั้งมันบิดตัวจนโลกแทบถล่มทลาย ถือเป็นกรรมของสัตว์

จักรวาลของมนุษย์กว้างขึ้นเมื่อประมาณ 400 ปีมาแล้ว เมื่อโคเปอร์นิคัสพิสูจน์ให้เห็นว่าความจริงโลกไม่ได้เป็นศูนย์กลางของจักรวาล ดวงอาทิตย์ต่างหากที่เป็นศูนย์กลาง ดาวเคราะห์ทั้งหลายและดาวฤกษ์ทั้งปวง ต่างโคจรรอบดวงอาทิตย์ทั้งสิ้น ยุคนั้นจักรวาลของเราใหญ่ขึ้นเท่ากับระบบสุริยะ ความคิดที่ว่าดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางจักรวาลนี้ติดอยู่ในความทรงจำของมนุษยชาติมานานแสนนาน แม้เมื่อเรารู้แล้วว่าไม่ใช่อย่างนั้น คนที่บัญญัติคำ solar system ก็ยังเลือกที่จะใช้ สุริยจักรวาล เหมือนกับมีนัยว่านี่แหละคือทุกสิ่งของเรา

วิลเลียม เฮอร์เชลล์ นักดาราศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ผู้ค้นพบดาวยูเรนัส เป็นคนแรกที่พยายามอธิบายทางช้างเผือกเมื่อปี ค.ศ. 1785 เขาเข้าใจอย่างถูกต้องว่าระบบสุริยะเป็นส่วนหนึ่งของทางช้างเผือก แต่ยังคิดว่าดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของทางช้างเผือกอยู่ดี ถึงยุคนี้ จักรวาลของเราขยายใหญ่ขึ้นอีกระดับหนึ่ง ทางช้างเผือกคือจักรวาลของเรา

รูปทรงทางช้างเผือกที่วิลเลียม เฮอร์เชลวาดขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 1785 จากการนับดาวในแต่ละส่วนของท้องฟ้า
เฮอร์เชลกำหนดให้ดวงอาทิตย์อยู่บริเวณศูนย์กลางของทางช้างเผือก
ภาพจาก http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Herschel-Galaxy.png

ครั้นถึงค.ศ. 1925 เอดวิน ฮับเบิล ประกาศว่าเนบิวลาชนิดก้นหอยในกลุ่มดาวแอนดรอเมดา ความจริงเป็นอีกดาราจักรหนึ่ง และเนบิวลาชนิดก้นหอยทั้งหมดก็ล้วนเป็นดาราจักรที่อยู่ห่างไกลทางช้างเผือก คำประกาศในครั้งนั้นเพิ่มขนาดจักรวาลของเราให้ใหญ่ขึ้นไปอีกเป็นอนันต์ จักรวาลจึงใหญ่เท่ากับเอกภพตั้งแต่นั้นมา

โลกไม่ใช่ศูนย์กลางของจักรวาล ดวงอาทิตย์ก็ไม่ใช่ ทางช้างเผือกก็ไม่ใช่ แล้วที่ไหนคือศูนย์กลางของจักรวาล ถ้าตอบว่าตรงศูนย์กลางของเอกภพนั่นไง คงกำปั้นทุบดินไปหน่อย เหมือนบอกว่าใจกลางของเกาะรัตนโกสินทร์คือสนามหลวง แล้วสนามหลวงอยู่ที่ไหนก็บอกว่าอยู่ที่ทุ่งพระเมรุ คือที่เดียวกันแต่มีสองชื่อ

ศูนย์กลางของเอกภพ
การค้นพบของฮับเบิลอีกอย่างหนึ่งคือ ดาราจักรทั้งหลายต่างเคลื่อนที่ออกจากกันอยู่ตลอดเวลา ยิ่งไกลออกไป ยิ่งเคลื่อนที่เร็วยิ่งขึ้น ตามกฎฮับเบิล

v = H0D

โดยที่
v หมายถึง ความเร็วที่ดาราจักรหรือวัตถุห่างไกลเคลื่อนห่างออกไปจากโลก (กม./วินาที)
D หมายถึง ระยะทางจากโลกถึงดาราจักรหรือวัตถุ (เมกะพาร์เซก)
H0 หมายถึง ค่าคงตัวฮับเบิลมีค่าตามการวัดของดาวเทียม WMAP เท่ากับ 70.1 ± 1.3 กม./วินาที/เมกะพาร์เซก
กฎนี้บอกว่าการเคลื่อนที่ของดาราจักรต่าง ๆ ที่อยู่ไกลมาก หรืออยู่นอกกลุ่มท้องถิ่น (Local Group – กลุ่มของดาราจักรซึ่งมีดาราจักรทางช้างเผือกที่เราอยู่เป็นสมาชิกอยู่ด้วย มีขนาดเล็ก มีจำนวน 30-40 ดาราจักร สมาชิกส่วนใหญ่เป็นดาราจักรรีแคระ [dwarf elliptical galaxy] หรือ ดาราจักรไร้รูปแบบ [irregular galaxy] โดยมีดาราจักรแอนดรอเมดาเป็นดาราจักรที่ใหญ่ที่สุด) มีความเร็วแปรผันโดยตรงกับระยะทาง และหลายคนคงคิดต่อได้ทันทีว่า ถ้าอย่างนั้นเมื่อก่อนมันต้องอยู่ใกล้กันกว่านี้เป็นแน่ และหากคิดต่อไปอีกนิด คงพอจะเดาได้ว่ามันน่าจะเคยอยู่รวมกัน ณ ที่ใดที่หนึ่งด้วยซ้ำไป

WMAP
WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) ซึ่งถูกอ้างถึงในเรื่องนี้ คือดาวเทียมตรวจหารังสีไมโครเวฟพื้นหลังเอกภพขององค์การนาซา ส่งขึ้นสู่วงโคจรลากรานจ์ แอล 2 เมื่อ ค.ศ. 2001 และยังคงปฏิบัติการอยู่ในปัจจุบัน

ไมโครเวฟพื้นหลังเป็นรังสีที่เกิดขึ้นราว 380,000 ปีหลังการกำเนิดเอกภพ ภาพความเปลี่ยนแปลงในอุณหภูมิของไมโครเวฟพื้นหลังที่ดาวเทียม WMAP ถ่ายภาพได้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจขนาด องค์ประกอบของสสาร อายุ รูปทรง ความเป็นมา และชะตากรรมของเอกภพได้ดียิ่งขึ้นกว่าเดิมอย่างก้าวกระโดด

นักวิทยาศาสตร์ผู้เสนอเรื่องนี้เป็นคนแรกคือบาทหลวงชาวเบลเยียม ชอร์ช เลอแมตร์ (George Lemaître) เมื่อปี ค.ศ. 1927 แบบจำลองเอกภพของท่านใช้สมมุติฐานที่ว่าเอกภพมีความเป็นเนื้อเดียวกัน (homogeneous) มีสมบัติเหมือนกันทุกทิศทาง (isotropic) และการขยายตัวหรือหดตัวถูกควบคุมด้วยความโน้มถ่วง แบบจำลองนี้อธิบายว่าสภาวะของเอกภพที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน เป็นผลมาจากการระเบิดครั้งใหญ่ในอดีต

การขยายตัวของเอกภพ ยุคโป่งพองเป็นช่วงที่มีการขยายตัวหลายเท่าทวีคูณ
ภาพจากชุดข้อมูลแถลงข่าวของโครงการ WMAP ขององค์การนาซา
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:CMB_Timeline75.jpg

การระเบิดที่ว่านี้ตอนแรกยังมีหลายคนไม่เชื่อว่าเคยเกิดขึ้น หนึ่งในนั้นคือเฟรด ฮอยล์ นักวิทยาศาสตร์ผู้เสนอทฤษฎีที่ขัดแย้งกับเลอแมตร์ เขาพูดถึงทฤษฎีของเลอแมตร์ในทำนอง “ไอ้ความคิดให้มีระเบิดโครมใหญ่ (big bang) นั่นน่ะ” ในรายการสัมภาษณ์ทางวิทยุครั้งหนึ่ง แต่เมื่ออาร์โน เพนเซียส และโรเบิร์ต วิลสัน สังเกตพบไมโครเวฟพื้นหลัง (cosmic microwave background - CMB) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีอยู่ทั่วไปในเอกภพ อันเป็นหลักฐานสำคัญในการยืนยันทฤษฎีของเลอแมตร์ เมื่อ ค.ศ. 1963 ทฤษฎีบิกแบงจึงกลายเป็นทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับในที่สุด

อย่างไรก็ตาม แม้เราจะบอกว่าเอกภพเคยเป็นจุดนิดเดียวมาก่อน ก็ไม่ได้แปลว่าจุดที่ว่านี้อยู่ ณ ตำแหน่งใดในอวกาศอันว่างเปล่า เพราะบิกแบงเองคือผู้สร้างอวกาศซึ่งขยายออกไปทุกทิศทาง กฎฮับเบิลที่อ้างแล้วนั้นก็ตีความได้สองอย่าง จะหมายความว่าโลกเป็นศูนย์กลางการเคลื่อนที่ก็ได้ หรือจะหมายถึงเอกภพมีการเคลื่อนออกจากกันในทุกสถานที่ก็ได้ แต่หากเราถือหลักการของโคเปอร์นิคัส ซึ่งบอกว่า โลกไม่ได้อยู่ในตำแหน่งศูนย์กลางของอะไรเป็นพิเศษเลย ย่อมแปลว่าเอกภพมีการเคลื่อนที่ออกจากกันในทุกแห่ง

ดังนั้นทุกสิ่งจึงพากันปลิวกระจายออกจากกันและกัน ไม่ว่าเราจะอยู่หนไหนในเอกภพ ไม่มีตรงไหนเป็นศูนย์กลาง ทำนองเดียวกับผิวลูกโป่งที่พองตัวออก ทำให้ทุกจุดบนพื้นผิวยืดห่างจากกัน แต่บนพื้นผิวนั้นไม่มีที่ใดเป็นศูนย์กลางการพองตัวเลย

รูปร่างของเอกภพ
นักวิทยาศาสตร์คำนวณอายุของเอกภพนับจากปรากฏการณ์บิกแบงได้เท่ากับประมาณ 13,700 ล้านปี โดยเอกภพกำเนิดจากภาวะเอกฐาน (singularity - จุดทางคณิตศาสตร์ที่ปริภูมิเวลาบิดเบี้ยวเป็นอนันต์ มีอยู่ในหลุมดำทุกดวง) ที่ขยายออก ในระยะเสี้ยววินาทีแรกมีการโป่งพองอย่างพรวดพราด คือเพิ่มขนาดเป็นสองเท่า และสองเท่าของสองเท่า และสองเท่าของขนาดนั้นขึ้นไปอีก อย่างนี้ไปเรื่อยๆ จนมีขนาดเกินกว่าเราจะคาดคิดได้ ความหนาแน่นของเอกภพที่เป็นอยู่ในปัจจุบันทำให้เอกภพยังคงขยายตัวต่อไปเรื่อยๆ ไม่มีสิ้นสุด นอกจากนั้นนักวิทยาศาสตร์ยังพบว่าความจริงเอกภพขยายตัวเร็วขึ้นตลอดเวลาอีกต่างหาก โดยที่ยังไม่มีใครทราบสาเหตุว่าทำไมเอกภพจึงเร่งการขยายตัวแทนการโตด้วยอัตราคงที่ หลายทฤษฎีที่อ้างถึงพลังงานมืดและค่าคงตัวเชิงเอกภพ ถูกเสนอจากนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากเพื่ออธิบายเรื่องซึ่งยังไม่มีข้อสรุปนี้

ในภาพรวม เอกภพมีลักษณะสม่ำเสมอ มีความเป็นเนื้อเดียวกัน (homogeneous) มองไปทางไหนก็เหมือนกันหมด (isotropic) นี่เป็นภาพที่เห็นเมื่อมองโดยรวม แต่ก่อนนี้นักดาราศาสตร์คิดว่าเมื่อมองให้ละเอียดเข้าไปเป็นลำดับ สิ่งที่เห็นก็ควรจะเป็นแบบเดียวกัน คือดูเหมือนกันไปหมด จนกว่าจะถึงขั้นเห็นเป็นดาราจักร เป็นดวงดาวนั่นแหละ สิ่งที่เห็นจึงจะไม่สม่ำเสมอ แต่ความจริงเอกภพยังซ่อนความซับซ้อนที่นักดาราศาสตร์นึกไม่ถึง

การสร้างภาพฟากฟ้าจากข้อมูลการสำรวจแบบสุ่มจุดของหอดูดาวแองโกล-ออสเตรเลียน
แสดงโครงสร้างของเอกภพในบริเวณใกล้เคียงทางช้างเผือก ทำให้เห็นโครงสร้างเด่น
ทั้งโครงสร้างแบบเส้นสาย (filamentary structure) และกำแพงได้อย่างชัดเจน
ภาพจาก http://en.wikipedia.org/wiki/Image:2dfdtfe.gif

ฟากฟ้าที่เรามองเห็นรอบตัวมีสิ่งต่างๆ หลากหลายรูปทรง ดวงดาวอยู่กระจัดกระจายไม่สม่ำเสมอ มีเมฆ มีฝุ่นลอยอยู่ไม่เป็นที่เป็นทาง ดาวฤกษ์รวมกันเป็นดาราจักร ดาราจักรรวมกันเป็นกระจุกดาราจักร และกระจุกดาราจักรก็รวมกลุ่มเป็นกระจุกใหญ่ยิ่งขึ้นไปอีก ทั้งหมดนี้เรียงรายเป็นเส้นสาย (filament) บางเส้นสายกลายทรงเป็นกำแพง (wall) บางกำแพงมีขนาดยาว 500 ล้านปีแสง กว้าง 200 ล้านปีแสง แต่หนาเพียง 15 ล้านปีแสง โอบล้อมช่องว่างขนาดมหึมาซึ่งโล่งกว้างยิ่งกว่าดาราจักรเหล่านั้นรวมกันเสียอีก ไม่ต่างจากฟองน้ำที่มีโพรงอากาศอยู่ทั่วไป

ช่องว่างขนาดใหญ่ช่องหนึ่งซึ่งอยู่ในทิศทางของกลุ่มดาวแพะทะเลมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 230 ล้านปีแสง อีกช่องว่างหนึ่งในทิศทางของกลุ่มดาวแม่น้ำนั้นกว้างถึง 1 พันล้านปีแสง นับเป็นช่องว่างใหญ่ที่สุดเท่าที่เราเคยรู้จัก ช่องว่างเหล่านี้ว่างจริงๆ ไม่มีดวงดาว ไม่มีดาราจักร ไร้เมฆ ไร้ฝุ่น ไร้แม้กระทั่งสสารมืด ทำไมเอกภพจึงมีรูปร่างอย่างนี้ แทนการกระจายกันอยู่ทั่วไปตามความเชื่อเดิม ยังคงเป็นเรื่องที่ต้องค้นคว้าวิจัยกันต่อไป

สิ่งที่เข้าใจกันแต่ก่อนคือพอพ้นกระจุกดาราจักร เอกภพก็คงเหมือนๆ กันหมด ความคิดนี้ต้องเปลี่ยนไปเพราะโครงสร้างขนาดใหญ่ คือช่องว่าง และเส้นสายดาราจักรในรูปแบบต่างๆ ที่นักดาราศาสตร์เพิ่งค้นพบภายในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาด้วยเครื่องมือประสิทธิภาพสูงรุ่นใหม่ ขณะนี้โครงสร้างขนาดใหญ่เหล่านี้คือที่สุดแห่งโครงสร้างยิ่งใหญ่ของเอกภพ (The End of Greatness) เพราะในมาตราส่วนใหญ่กว่านี้ ทุกอย่างจะดูเป็นเนื้อเดียวกันตามทฤษฎี แต่ในอนาคต ด้วยเครื่องมือที่ดีกว่า การค้นพบใหม่ ย่อมเกิดขึ้นได้

ระยะห่างของวัตถุในเอกภพ
โดยทั่วไปวัตถุในเอกภพจะอยู่ห่างกันค่อนข้างมาก ดาวเคราะห์ มักอยู่ห่างกันประมาณ 1 แสนเท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง ดาวฤกษ์แต่ละดวงในดาราจักรมักอยู่ห่างกันประมาณ 1 ล้านเท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง แต่พอถึงระดับกระจุกดาราจักร แต่ละดาราจักรจะอยู่ห่างกันเพียงประมาณ 1 ร้อยเท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของดาราจักรเท่านั้น

เพราะดาราจักรชอบอยู่รวมกันเป็นกระจุกยิ่งกว่าจะแยกตัวออกไปอยู่อย่างโดดเดี่ยว จึงไม่น่าแปลกใจเลยที่ดาราจักรมีการเฉี่ยวชนกันบ่อยครั้ง ในขณะที่เรายังไม่เคยเห็นดาวฤกษ์ชนกันเลย

ขนาดของเอกภพ
อย่างน้อยที่สุด เอกภพต้องมีขนาดเท่าที่เรามองเห็นได้ และในเมื่ออายุของเอกภพมีค่าเท่ากับ 13,700 ล้านปี เราก็ควรมองย้อนไปได้ไกลถึง 13,700 ปีแสงหากคิดว่าแสงของดาวดวงแรกส่องขึ้นเมื่อเอกภพเพิ่งเกิดไม่นาน แต่ความจริงเนื่องจากเอกภพมีการขยายตัว แสงที่ใช้เวลาเดินทางมาถึงโลกภายใน 13,700 ล้านปีนั้น ความจริงได้ส่องมาจากวัตถุที่เดี๋ยวนี้ทะยานห่างจากเราไปถึงกว่า 46,000 ล้านปีแสงแล้ว หมายความว่าเอกภพที่เรามองเห็นได้ มีรูปร่างเป็นทรงกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางไม่น้อยกว่า 92,000 ล้านปีแสงทีเดียว

แต่ทว่า เอกภพควรจะใหญ่กว่านั้นอีก

แนวคิดหลักทางจักรวาลวิทยาปัจจุบันสันนิษฐานว่าความจริงเอกภพควรจะใหญ่กว่านั้นถึง 100 เท่า นั่นคือประมาณเส้นผ่านศูนย์กลาง 9.2 ล้านล้านปีแสง ที่เป็นเช่นนี้เพราะเอกภพมีช่วงโป่งพอง และการขยายตัวของเอกภพที่มีพลังงานมืดผลักดันอยู่

ซึ่งแปลว่าสิ่งที่เราเห็นได้นั้น เป็นเพียง 1 ในล้านของทั้งหมด (1/1003) และที่ร้ายยิ่งกว่านั้นคือ ในปริมาตรที่เราเห็นได้นี้ มีประมาณ 4 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่ปัจจุบันเราเห็นได้จริง ส่วนที่เหลือเป็นสสารมืดและพลังงานมืดซึ่งเรายังตรวจจับไม่ได้ ไม่ว่าด้วยวิธีใด

องค์ประกอบของเอกภพจากแบบจำลองจักรวาลวิทยาซึ่งเป็นที่ยอมรับในปัจจุบัน
มีพลังงานมืดราว 70% และสสารมืดอีกราว 25% นอกนั้นเป็นธาตุหนัก นิวตริโน ดาวฤกษ์ ไฮโดรเจนอิสระ และฮีเลียมอิสระ
ข้อมูลจาก http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Cosmological_composition.jpg

ที่สุดแห่งเอกภพ
ในเมื่อเอกภพกว้างใหญ่โอฬารถึงปานนี้ คงยากที่เราจะบอกได้จริงๆ ว่าเอกภพมีที่สิ้นสุดหรือไม่ คำถามนี้เป็นคำถามเรื่องขอบเขต ซึ่งยังไม่มีใครตอบได้ และจะยังคงเป็นปริศนาให้นักจักรวาลวิทยาต้องขบคิดกันต่อไปในอนาคต

เอกสารอ้างอิง

แก้ไขล่าสุด 10 ตุลาคม 2551

กลับไปด้านบน


copyright © 2016 กองโครงสร้างพื้นฐานเทคโนโลยีดิจิทัล สำนักงานคณะกรรมการดิจิทัลเพื่อเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ กระทรวงดิจิทัลเพื่อเศรษฐกิจและสังคม
ชั้น 7 อาคาร B ศูนย์ราชการเฉลิมพระเกียรติ 80 พรรษา 5 ธันวาคม 2550 ถนนแจ้งวัฒนะ แขวงทุ่งสองห้อง เขตหลักสี่ กรุงเทพฯ 10210
โทรศัพท์ 0-2141-6877 โทรสาร 0-2143-8027 e-mail: [email protected]