หลักฐานที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง
1 การขยายตัวของเอกภพ
ในปีค.ศ.1920 เอ็นวิน พีฮับเบิล นักดาราศาสตร์ชามอเมริกัน ได้ตีพิมพ์รายงานการค้นพบเรื่อง แสง สเปกตรัมของกาแล็กซี่ที่อยู่ไกลออกไปว่า ลำแสงเปลียนความถี่ หมายความว่า ความถี่ของแสงจากกาแล็กซีที่อยู่ไกลออกไปเปลี่ยนเป็นคลื่อน มีความยาวคลื่นมากยิ่งขึ้น จากการวัดความยาวคลื่นที่เปลี่ยนแปลงไปแสดงให้เห็นว่า กาแล็กซีกำลังเคลื่อนตัวออกไปจากกาแล็กซีทางช้างเผือก ด้วยความเร็วเป็นสัดส่วนกัยระยะทางที่อยู่ไกลออกไป คือ ความเร็วของการเคลื่อนตัวออกไปเท่ากับ ระยะทางหารด้วยปริมาณเวลา เป็นอย่างเดียวกันหมดทุกกาแล็กซี กฏนี้เรียกว่า กฏของฮับเบิล และ T ซึ่งเป็นมิติของเวลาเรียกว่า “เวลาฮับเบิล” หากกฏนี้ใช้ได้กับทุกกาแล็กซี ก็หมายความว่า กาแล็กซีทั้งหมดที่มี อยู่ใน เอกภพ จะอยู่ในตำแหน่งเดียวกันหมดเมื่อเวลาผ่านไปหลายปีมาเเล้ว
กฏของฮับเบิล
เอ็ดเว็ด พี ฮับเบิล (ค.ศ. 1889 – 1953 )นักดาราศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ที่สุดคนหนึ่งในศตวรรษ ที่20 ศึกษารายละเอียดของดาวฤกษ์แต่ละดวงในกาแล็กซี M33 ซึ่งเป็นกาแล็กซีเพื่อน บ้าน พบว่าดาวฤกษ์หล่าวนี้ อยู่นอกกาแล็กซีของเราออกไป หลังจากที่ฮับเบิลได้พิสูจน์ว่า มีกาแล็กซีอีกเป็นจำนวนมากเขายังได้พิสูจน์อีกว่า กาแล็กซีเหล่านี้กำลังเคลื่อนที่ออกไป
เมื่อกาแล็กซีอื่นเคลื่อนที่ห่างออกไปหรือเคลื่อนที่เข้าหากาแล็กซีของเรา แสงที่สังเกตเห็นจากกาแบ็กซีเหล่านี้จะเป็นสีอื่นที่แตกต่างไปจากตอนที่ยังไม่ได้เคลื่อนที่ ถ้ากาแล็กซีเคลื่อนที่ออกไปจะปรากฏมีสีแดงขึ้นเรียกว่า กาแล็กซีมีการเขยื้อนไปทางสีแดง หรือ เรดชิพต์ ถ้าเคลื่อนที่เข้าหาเรา กาแล็กซีเคลื่อนเข้าหาเรา กาแล็กซีจะปรากฏมีสีน้ำเงิน เรียกว่า เขยื้อนไปทางสีน้ำเงิน หรือ บลูชิฟต์ ปรากฏการณ์เปลี่ยนสีนี้เรียกว่า ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์
ฮับเบิลได้ใช้ปรากฏการาดอปเปลอร์วัดความเร็วของกาแล็กซีต่างๆ และค้นพบความสัมพัทธ์เหลือเชื่อที่ว่ากาแล็กซีที่อยู่ไกลยิ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง นั้นคือเขาค้นพบว่า อัตราเร็วของกาแล็กซีเป็นปฏิภาคโดยตรงกับระยะห่าง และได้พบว่ากราฟมีความสัมพันธ์เชิงเส้นตรง ปัจจุบันเรียกว่า กฎของฮับเบิล กฎนี้แสดงว่าเอกภพทั้งหมดกำลังมีขนาดโตขึ้น
ก่อนการค้นพบกฎของฮับเบิล การวักระยะห่างของกาแล็กซีจำกัดอยู่ที่ระยะห่างมากที่สุด ประมาณ 10 ล้านปีแสง เท่านั้นเพราะ การหาระยะห่างจำเป็นต้องจับเวลาหาคาบของดาว แปรแสงแบบเซฟิด และที่ระยะ 10 ล้านปีแสง เป็นระยะห่างไกลเกิน กว่า ที่กล้องที่ดีที่สุด จะสามารถแยกภาพดาวแปร แสงในกาแล็กซี ออกเป็นดวงๆ ได้
กฎของ ฮับเบิล ได้ ขยายขอบเขตการวัดระยะห่าง ของกาแล็กซี ออกไปจนถึง สุดขีดความสามารถของกล้องโทรทรรศน์ที่ดีที่สุดในปัจจุบัน เพราะเพียงกล้องโทรทรรศน์สามารถส่องเห็นกาแล็กซีและถ่ายภาพสเปกตรัมได้ นักดาราศาสตร์ก็สามารถคำนวณหาระยะห่างของกาแล็กซี ได้ทันที
ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ ค้นพบใน ปี ค.ศ. 1866 โดยคริสเตียน ดอปเปลอร์ นักฟิสิกส์ชาวเนเธอร์แลนด์ ที่ได้ ศึกษา การเพิ่มและลดความถี่ของเสียงจากแหล่งกำเนิด ที่กำลังเคลื่อนที่
นอกจากคลื่นเสียง ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ยังพบได้ในคลื่นอื่นๆ ทุกชนิด อาทิเช่น คลื่นน้ำ และคลื่อนแสง โดยความถี่ จะสูงขึ้น หรือ ลดลงมากน้อยเพียงใดจะขึ้นอยู่กับความเร็วที่แหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่เข้าหาหรือออก ห่างจากผู้สังเกต ตัวอย่างที่สังเกตได้ง่าย คือ หากเรายืนอยู่บนชานชาลาสถานีรถไฟเสียงหวูดของรถไฟขณะกำลังแล่นเข้าสู่สถานีจะเป็นเสียงที่แหลมกว่าเสียงที่จะได้ยินหากรถจอดอยู่เฉยๆ เนื่องจากความถี่ของเสียงเพิ่มขึ้น โดยยิ่งรถไฟแล่นเข้าหา สถานีด้วยความเร็วสูงเสียงก็จะยิ่งแหลมกว่าปกติมากในทางตรงกันข้าม หากรถไปกำลังแล่นออกจากสถานี ผู้ที่ยืนรออยู่บนชานชาลา ก็จะได้ยินเสียงทุ้มกว่าปกติ เนื่องจากความถี่ของเสียงลดลง หากรถไฟแล่นจากไปด้วยความเร็วสูงเสียงก็จะทุ้มลงมากเช่นกัน
2 การค้นพบอุณหภูมิหรือพลังงานพื้นหลังของเอกภพ
ในปี พ.ศ.2491 นักฟิสิกส์ 3 คน คือ ราฟ แอลเฟอร์ จอร์จ กาโมว์และโรเบิร์ต เฮอร์แมน ได้พยากรณ์ว่า มีพลังงานเบื้อหลังในอวกาศ โดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุ ผลการคำนวณของพวกเขาชี้ให้เห็นว่า ถ้าเอกภพเริ่มด้วย บิกเเบง เมื่อหลายพันล้านปีมาแล้ว ปัจจุบันจะต้องมีพลังงานความร้อนหลงเหลืออยู่จากการระเบิด และพลังงานส่วนนี้วัดได้ในช่วงคลื่นวิทยุ ตัวเลขชี้ให้เห็นว่าอุณหภูมิพื้นหลังเท่ากับอุณหภูมิ 2-3 องศาเหนือ 0 เคลวิน หรือ 2 – 3 องศา สูงกว่า -273.15 องศาเซลเซียส อุณหภูมิพื้นหลังของอวกาศตรวจพบครั้งเเรกอย่างบังเอิญ โดยนักฟิสิกส์ด้านโซลิดสเตท 2 คน คือ อาร์โน เพนเซียสและโรเบิร์ต วิลสัน ที่นิวเจอร์ซี ในปีพ.ศ. 2508 พวกเขาได้ยินเสียงรบกวน ซึ่งรับได้โดยเสาอากาศของกล้องโทรทรรศน์วิทยุ สำหรับรับคลื่นไมโครเวฟ ไม่ว่าเสาอากาศซึ่งมีลักษณะรูปเขาวัวมีนกพิราบเข้าไปทำรังอยู่ แม้ว่าจะเอารังนกออกแล้วทำความสะอาดเสาอากาศอย่างดีก็ยังได้ยินเสียงในเครื่องรับวิทยุเช่นเดิม
เพนเซียสและวิลสันได้นำเรื่องนี้ไปพูดคุยกับนักเอกภพวิทยาของมหาลัยปรินซ์ตัน จึงได้รู้ว่าตัวเองได้ค้นพบเสียงที่เกิดจากอุณหภูมิพื้นหลังของอวกาศที่เกิดจากระเบิดครั้งใหญ่ซึ่งเป็นสัญญาณที่เหลืออยู่ในอวกาศ เทียบได้กับพลังงานของการแผ่รังสีของวัตถุมีอุณภูมิ 3 เคลวิน หรือ ประมาณ -270 องศาเซลเซียส
จากหลักฐานสนับสนุนดังกล่าวพอสรุปได้ว่า เอกภพ เกิด จากปรากฎการณ์บิกแบง ตอนแรกมีขนาดเล็กและร้อนมาก แต่ขยายตัวอย่างรวดเร็ว ขณะที่เอกภพ โตขึ้น อุณหภูมิจะต่ำลง พลังงานกลายเป็นสสาร หลังจากนั้นระยะหนึ่งสสารส่วนใหญ่รวมตัวกันเป็นแก๊สไฮโดรเจน และฮีเลียม เกิดเมฆแก๊สเป็นก้อนๆ ที่ถูกดังเข้าหากันโดยแรงโน้มถ่วงดาวฤกษ์กลุ่มแรกในเอกภพ เกิดภายในก้อนแก๊สซึ่งรวมตัวกันเป็นกาแล็กซี กาแล็กซีบางแห่งยุบตัวจนกลายเป็นกาแล็กซีที่มีรูปร่างเนแบบสไปรัล จุดบิกแบงจึงเป็นจุดที่พลังงานเริ่มเปลี่ยนเป็นสสารครั้งแรก เป็นจุดเริ่มต้นของเวลาและเอกภพ
ภายหลังการค้นพบพลังงานเบื้องหลังของอวกาศ เมื่อปี พ.ศ.2508 นักดาราศาสตร์วิทยุก็ได้ติดตั้งเครื่องมือในเครื่องบิน จรวด และบอนลูน เพื่อวัดพลังงานพื้นหลังของอวกาศหลายครั้ง นักเอกภพวิทยา สามารถตรวจสอบความถูกต้องของทฤษฎีบิกแบงโดยเปรียบเทียบอุณหภูมิพิ้นหลังของอวกาศที่วัดไว้กับค่า ที่ควรจะเป็นไปตามทฤษฎี ถ้าทั้งสองอย่างตรงกัน แสดงว่า ผลการสังเกตสนับสนุนหรือเป็นไปตามทฤษฎี
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น