อายุของจักรวาล

ยอนอดีตไปเมื่อ 33 ปกอนนี้ วงการดาราศาสตร ไดถูกแบงแยกออกเปนสองคาย คายหนึ่งเชื่อวา จักรวาล (universe) ไดถือกําเนิดมาเปนเวลานานเสียจนไมมีใครรูวาจักรวาลมีอายุเทาใด นักดาราศาสตรที่ เชื่อเชนนี้คือกลุมที่เชื่อในทฤษฎี steady state ซึ่งแถลงวา เวลาจักรวาลขยายตัว จักรวาลจะสรางสสาร เพิ่มเสริมตลอดเวลา สวนนักดาราศาสตรอีกกลุมหนึ่ง กลับมีความเห็นวา จักรวาลมีอายุที่สามารถนับได ทฤษฎีนี้ แถลงวาจักรวาลถือกํ าเนิดจากการระเบิดครั้งยิ่งใหญ big bang พลังระเบิดที่มากมหาศาลไดผลัก ดันใหกาแล็กซี่ตางๆ พุงหนีกระจัดกระจายจากกัน

ถึงแมวาทฤษฎี steady state และ big bang จะใหขอสรุปที่เหมือนกันวาจักรวาลขยายตัว แต ทฤษฎีทั้งสองก็ใหคําทํานายที่แตกตางกันในหลายประเด็นและคําทํานายนี้ นักวิทยาศาสตรสามารถตรวจ สอบและตัดสินใจความถูกตองได เชน ทฤษฎี big bang ทํ านายวา ถาจักรวาลระเบิดจริง ภายหลังการ ระเบิดเราควรจะเห็นรังสีความรอนหลงเหลืออยูและเมื่อเวลาผานไป นานๆ รังสีนี้ควรจะเย็นลงๆ และจะมี อุณหภูมิประมาณ -270 องศาเซลเซียส เมื่อเวลาผานไปประมาณ 10,000 ลานป สวนทฤษฎี steady state นั้นมิไดกลาวถึงรังสีความรอนที่วานี้เสีย

ดังนั้นเมื่อ A. Penzias และ R. Wilson แหง Bell Laboratory ในสหรัฐอเมริกาไดรายงานวา เขาพบ รังสีความรอนดังกลาวในรูปของรังสีไมโครเวฟ ที่แผกระจายอยูทั่วในอวกาศ ทุกทิศทาง และรังสีความรอนนี้ มีอุณหภูมิประมาณ -270 องศาเซลเซียส ตรงตามที่ทฤษฎี big bang ไดทํ านายไวทุกประการ การยอมรับ ในความถูกตอง ของทฤษฎี big bang จึงเปนเรื่องที่หลีกเลี่ยงไมได

การไดยิน "เสียงจักรวาลระเบิด" นี้ นอกจาก จะทํ าให Penzias และ Wilson ไดรับรางวัลโนเบลสาขา ฟสิกสแลว ยังทํ าใหทฤษฎี steady state ถูกทอดทิ้งอยางไมมีใครเชื่อตอไปอีกดวย

ทุกวันนี้นักวิทยาศาสตรสวนมากปกใจเชื่อ ในความถูกตองของทฤษฎี big bang เพราะ (1) เวลา ทฤษฎีนี้ทํานายวาจักรวาลขยายตัว E. Hubble ก็ไดพบเห็นวากาแล็กซีตางๆ กํ าลังพุงหนีจากกันตลอดเวลา จริง (2) เวลาทฤษฎีนี้ทํ านายวา มีรังสีไมโครเวฟแผกระจายอยูทั้งจักรวาล A. Penzias และ R. Wilson ก็ได พบเห็นรังสีดังกลาวจริง และ (3) เวลาทฤษฎีนี้ทํ านายตัวเลขความอุดมสมบูรณของธาตุตางๆ ในจักรวาล นักวิทยาศาสตรก็ไดพบวา ปริมาณธาตุตางๆ มีจริงตามทฤษฎี big bang ไดทํ านายไวทุกประการ

แมวาแนวคิดหลักๆ ของทฤษฎี big bang จะเปนที่ยอมรับก็ตาม แตก็มีปญหาๆ หนึ่ง ที่ทฤษฎี big bang ยังใหคํ าตอบไมชัดเจน คํ าถามนั้น คือ จักรวาลระเบิดเมื่อใด และอะไรทํ าใหจักรวาลระเบิดสวนคํ าถาม ที่วากอนที่จักรวาลจะระเบิด จักรวาลมีสภาพอยางไรนั้น ทฤษฎีฟสิกสปจจุบันแถลงวา คํ าถามเชนนั้นเปนคํา ถามที่ไรความหมายเพราะกอนที่จักรวาลจะระเบิดนั้น แมแตเวลาก็ไมมีเพราะจักรวาลและเวลาถือกํ าเนิดมา พรอมกัน ดังนั้น การถามหาสิ่งที่ ไมมีทั้งรูปธรรม และนามธรรม จึงเปนคํ าถามที่ไมมีใครรูวาหมายถึงอะไร

สํ าหรับคํ าถามที่วาจักรวาลระเบิดเมื่อใดนั้นก็ไดเปนคํ าถามที่นักดาราศาสตรไดพยายามแสวงหาคํ า ตอบมานานแลว และเมื่อ 4 ปกอนนี้วงการดาราศาสตรก็ตองเผชิญภาวะวิกฤตทางปญญาอยางรุนแรง เมื่อ นักดาราศาสตรกลุมหนึ่งรายงานวา จากการศึกษาการเคลื่อนที่ของกาแล็กซี เขาไดพบวาจักรวาลมีอายุเพียง 8,000 ลานปเทานั้นเอง ในขณะที่นักดาราศาสตรอีกกลุมหนึ่ง ที่สนใจศึกษาอายุ ของดาวฤกษ กลับพบวา ดาวฤกษบางดวงมีอายุมากถึง 16,000 ลานป ตัวเลขเชนนี้ เชื่อวาเปนตัวเลขเหลวไหล เพราะดาวฤกษเปน องคประกอบหนึ่งของจักรวาลที่เกิดหลังที่จักรวาลเกิดแลว เสมือนลูกที่ตองเกิดจากทองแม ดังนั้น การที่ลูก ตองมีอายุนอยกวาแม ฉันนั้น แตเมื่อตัวเลขอายุของดาวฤกษยาวมากกวาตัวเลขอายุของจักรวาลเชนนี้ ความขัดแยงจึงถือเปนเรื่องที่รุนแรง นักวิทยาศาสตรไดแบงพวกโดยเชื่อขอมูลแยกกัน แตก็มีนักวิทยาศาสตร อีกหลายคนที่เชื่อวา ตัวเลขอายุทั้งสองตัวนั้นผิดทั้งคู

ในขณะที่ความขัดแยงยังไมมีการสรุป มาเมื่อปกลายนี้ องคการอวกาศแหงยุโรปไดรายงานวาดาว เทียม Hipparcos ที่ถูกสงขึ้นไปโคจรรอบโลก เมื่อป พ.ศ. 2532 เพื่อวัดระยะทางที่ดาวฤกษตางๆ กวา 1 แสนดวงอยูหางจากโลก ไดสงขอมูลที่แสดงใหเห็นวา จักรวาลมีอายุมากกวา 8,000 ลานป และดาวฤกษ อายุมากที่สุด มีอายุนอยกวา 16,000 ลานป ความขัดแยงจึงมีแนวโนมจะลดลง

นักดาราศาสตรรูวา การจะรูอายุของจักรวาลนั้นเกี่ยวของ โดยตรงกับการวัดระยะทาง และจากการที่ ดาวฤกษสวนใหญอยูหางไกลจากโลกมากเปนหลายลานกิโลเมตร ดังนั้นความผิดพลาดในการวัดระยะทาง จึงมีโอกาสเกิดไดมาก เทคนิคการวัดระยะทางที่นักดาราศาสตรปจจุบันนิยมใชกันมากคือการวัดความสวาง ของดาวฤกษ เพราะถือวาถาเรารูความสวางที่แทจริงของดาวฤกษ เราก็สามารถคํ านวณหาระยะทางที่มันอยู หางจากเราได

คุณสมบัติของดาวและกาแล็กซีอีกประการหนึ่ง ที่นักดาราศาสตรใหความสนใจคือ ความยาวคลื่น แสงที่ดาวและกาแล็กซีปลดปลอยมา เพราะเวลาจักรวาลขยายตัวแสงจากกาแล็กซีที่เคลื่อนที่หนีจากเราจะมี ความยาวคลื่นมากขึ้น เมื่อนักดาราศาสตรคํ านวณหาอัตราสวนระหวางความยาวคลื่นแสงที่เปลี่ยนไปกับ ระยะทางที่ดาวฤกษอยูหางจากเรา เขาก็จะไดตัวเลขๆ หนึ่ง ที่รูจักกันในนามคานิจของ Hubble ถาคานิจนี้ สูงแสดงวาจักรวาลมีอายุนอย แตถาคานิจตํ่ า จักรวาลจะมีอายุมาก โดยการใชขอมูลจากดาวเทียม Hipparcos คํ านวณอายุของจักรวาล W. Freedman แหงหอดูดาว Carnegie ที่แคลิฟอรเนีย ไดผลการวัด คานิจของ Hubble วาเทากับ 72 ซึ่งแสดงวา จักรวาลมีอายุระหวาง 9,000-12,000 ลานป สวน A. Sandage แหงหอดูดาว Carnegie เชนกัน วัดคานิจของ Hubble ไดเทากับ 56 ซึ่งแสดงวา จักรวาลมี อายุระหวาง 12,000-16,000 ลานป

อีกไมนานนัก Freedman และคณะก็ จะใชกลองโทรทรรศน Hubble คํ านวณหาคานิจ Hubble ใหมและนักดาราศาสตร คนอื่นๆ ก็คาดหวังวา จะมีกลองโทรทรรศนใหมๆ ที่มีประสิทธิภาพสูงกวากลอง Hubble ใชในอนาคต

จะยังไงๆ ก็ตาม เราก็จะเห็นแลววา อายุของจักรวาลและดาวฤกษจะถูกแกไขแลวก็ตาม แตวงการ ดาราศาสตรก็ยังไมแฮปปนัก เพราะการที่ดาวฤกษถือกํ าเนิดพรอมๆ กับจักรวาลนั้น ดูๆ แลวเหลือเชื่อ

ปญหาที่เรงดวนของทฤษฎีจักรวาล ขณะนี้คือ การหาคานิจ Hubble ใหดีที่สุดเพื่อเราจะไดรูอายุ ของจักรวาลที่ถูกตองที่สุดครับ

ที่มา : ดร.สุทัศน์ ยกส้าน
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)