<script language="JavaScript" src="http://www.vcharkarn.com/javafeed/article/74" type="text/javascript"></script>

Inflationary Universe (ตอนที่ ๑) สรุปความรู้และความเข้าใจที่นักวิทยาศาสตร์ที่มีต่อเอกภพ ผู้เขียน: ดร. อรรถกฤต ฉัตรภูติ ชมแล้ว: 50,154 ครั้ง post ครั้งแรก: Mon 22 January 2007, 11:40 am ปรับปรุงล่าสุด: Mon 22 January 2007, 11:40 am อยู่ในส่วน: ดาราศาสตร์

ดร. อรรถกฤต ฉัตรภูติ

ภาควิชาฟิสิกส์์ คณะวิทยาศาสตร์

จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

นักเขียนประจำ วิชาการ.คอม

ผลพลอยได้จากทฤษฎี Inflation ที่สำคัญอย่างหนึ่งคือการอธิบายโครงสร้างของเอกภพ ตามหลักการ
Cosmological principleนั้น เราถือว่าเอกภพมีลักษณะเหมือนกับในทุกๆจุด แต่เหตุใดโครงสร้างของเอกภพ
จึงประกอบด้วยกาแล็กซี่ ที่เรียงกันอยู่อย่างไม่เป็นระเบียบ



จากการศึกษาโดยแบบจำลองคอมพิวเตอร์ โดยให้มวลสารในเอกภพจัดเรียกตัวด้วย อิทธิพลจากแรงโน้มถ่วง
ระหว่างมวลที่ดึงดูดระหว่างมวลสารต่างๆ ในเอกภพ (ตามรูปข้างล่าง) ผลการทดลองพบว่า
หากมวลสารในตอนเริ่มต้น ไม่เรียงตัวอย่างสม่ำเสมอเป็นเนื้อเดียวกัน ตามหลักของ Cosmological
principleแล้ว เมื่อเวลาผ่านไปการกระจายของมวลสาร ในเอกภพจะกระจัดกระจาย ไม่เป็นระเบียบแบบที่เราเห็นกันอยู่ทุกวันนี้

ถึงแม้ว่าผลการจำลองโดยคอมพิวเตอร์ จะให้ผลที่น่าพอใจ แต่นักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์ ต่างพากันครุ่นคิดว่า
สาเหตุใดที่ทำให้มวลสารเรียงตัวกันอย่างไม่สมำเสมอในตอนแรก ทั้งๆที่หลังจากเกิดบิกแบงใหม่ๆ มวลสารและพลังงาน
ต่างกระจายอยู่อย่างสม่ำเสมอทั่วเอกภพ



ทฤษฎีหนึ่งที่นักฟิสิกส์เชื่อว่าเป็นคำตอบของปัญหานี้ ซ่อนอยู่ในทฤษฎีควอนตัมฟิสิกส์
ตามทฤษฎีควอนตัมนั้นมีหลักสำคัญที่เรียกว่ากฎความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก
ผลจากกฎดังกล่าวทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนขึ้นในระบบของฟิสิกส์ที่เรียกกันว่า
การสั่นทางควอนตัม หรือ Quantum Fluctuation ซึ่งปกตินั้นมีค่าน้อยมาก
จนไม่สามารถสังเกตุเห็นได้ ซึ่งในช่วงที่เอกภพพึ่งจะเกิดใหม่ๆ ก็มีการสั่นทางควอนตัม
เช่นเดียวกัน ซึ่งอาจเป็นผลทำให้การเรียงตัวของสสารและพลังงานในเอกภพ
เกิดการไม่สม่ำเสมอเป็นเนื้อเดียวกัน




ปัญหาติดอยู่ตรงที่ว่า การสั่นทางควอนตัมนั้นตามปกติจะมีขนาดเล็กมาก

เล็กจนบางครั้งไม่สามารถที่จะตรวจวัดได้ ดังนั้นลำพัง Quantum Fluctuation เพียงอย่างเดียว

คงไม่เพียงพอที่จะอธิบายปรากฎการนี้ได้ทั้งหมด





ภาพแสดงการจำลองโครงสร้างของเอกภพด้วยคอมพิวเตอร์ (ภาพจาก VIRGO
project)





เมื่อเอกภพแรกเกิดใหม่ๆนั้น Quantum Fluctuation ในขณะนั้นมีผลน้อยมากเช่นเดี่ยวกับในปัจจุบัน

และไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใดๆต่อโครงสร้างของเอกภพแม้แต่น้อย



อย่างไรก็ตามภายหลังจากที่เอกภพกำเนิดขึ้นไม่นานเพียง 10^-45 วินาทีหลังจากบิกแบง


พลังงานลึกลับบางอย่างผลักดันให้เอกภพพัฒนาต่อไปเข้าสู่ช่วง Inflation

แม้ว่าการขยายตัวของเอกภพในช่วงนี้จะกินเวลาเพียงเล็กน้อย คือตั้งแต่ 10^-45ถึง
10^-30วินาทีหลังจากบิกแบง

แต่ด้วยอัตราการขยายตัวที่รวดเร็วมากกว่าอัตราเร็วแสง ทำให้เอกภพมีขนาดใหญ่โตขึ้นกว่าเดิมถึง
10⁵⁰เท่า

หรือเท่ากับ หนึ่งร้อยล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านเท่า ความมหึมาของ 10⁵⁰
เขียนเป็นตัวเลขได้เท่ากับ 100,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000
(ศูนย์ 50 ตัว)



ด้วยอัตราการขยายตัวระดับมหึมาเช่นนี้ส่งผลมากเกินพอที่จะทำให้ Quantum Fluctuation
ที่ส่งผลเกิดความไม่สม่ำเสมอของมวลสารเพียงเล็กน้อยในตอนแรกได้รับการขยายให้เกิดความให้รุนแรงมากขึ้น
จนมีอิทธิพลเพียงพอที่จะส่งผลถึงการเปลี่ยนการกระจายตัวของสสาร และพลังงานของเอกภพ
จากการกระจายตัวที่สม่ำเสมอเป็นเนื้อเดียวกัน มาเป็นการกระจายตัวที่ไม่มีสมมาตร ส่งผลให้เอกภพมีลักษณะในอย่างที่เราคุ้นตากันอยู่ในทุกวันนี้





ข้อดีของทฤษฎี Inflationary Universe นั้นนอกจากมันจะช่วยอธิบายปัญหา Horizon Problem
ซึ่งเป็นปัญหาที่สำคัญของวิชาจักรวาลวิทยาแล้ว ยังช่วยแก้ปัญหาสำคัญอีกอันหนึ่งนั่นก็คือปัญหา
Flatness Problem ว่าเหตุใดเอกภพถึงมีลักษณะแบน (ทางเรขาคณิต)
ในช่วงก่อน Inflation นั้นเอกภพอาจจะไม่แบน แต่การขยายตัวอย่างรวดเร็วในช่วงของที่เกิด
Inflation นั้นได้ดึงส่วนที่โค้งให้ขยายตัวกว้างขึ้น ทำให้มันดูเรียบและแบนลง




เราอาจจะลองจินตนาการดูง่ายว่า หากเรามีแผ่นยางพาราที่ย่นๆ ยับยู่ยี่อยู่แผ่นหนึ่ง




หากว่าเราจับมันมาดึงให้ยืดออกจากกัน ผิวที่เคยเหี่ยวย่นอยู่ก็จะกลับตึงขึ้น
ลักษณะเช่นนี้ก็เปรียบได้กับคุณสมบัติทางเรขาคณิตของจักรวาล




ในขณะที่เอกภพเกิดขึ้นใหม่ๆนั้น มวลสารอัดกันอยู่อย่างหนาแน่นทำให้ มีแรงโน้มถ่วงสูงมาก
ซึ่งอาจจะทำให้โครงสร้างทางเรขาคณิตของจักรวาลไม่มีลักษณะที่แบนเรียบโดยสมบูรณ์
แต่เนื่องจากว่าเมื่อเอกภพเข้าสู่ช่วง Inflation เอกภพขยายตัวถึงหนึ่งร้อยล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้านเท่า
เปรียบได้กับแผ่นยางที่ถูกดึงให้ตึงจนเกือบขาด จึงไม่เหลือความโค้งเว้าให้เห็นอีกต่อไป




การขยายตัวในช่วง Inflation นั้นส่งผลอย่างมากต่อลักษณะของธรรมชาติที่เราเห็นและเป็นตัวเรา

เมื่อเรามองขึ้นไปบนท้องฟ้าในครั้งต่อไป อย่าลืมว่าดวงดาวกระจัดกระจายสวยงามอยู่บนนั้น

คือรอยแผลเป็นจาก Quantum Fluctuation ที่ถูกทิ้งเอาไว้ตั้งแต่ยุคที่เอกภพมีการขยายตัวครั้งใหญ่

ซึ่งเรียกว่า Inflationary Universe

---

อ้างอิงและค้นคว้าเพิ่มเติม



หนังสือและบทความภาษาอังกฤษสำหรับผู้ที่สนใจเรื่องราวของ Inflationary Universe สามารถอ่านเพิ่มเติมจาก

- The Inflationary Universe แต่งโดย Alan H. Guth ของสำนักพิมพ์ Jonathan Cape ISBN
0-09-995950-X

- บทความเรื่อง "The Inflationary Universe" โดย Alan H. Guth และ Paul J.Steinhardt,
จากวารสาร Scientific American May 1984.



แหล่งค้นคว้าที่น่าสนใจในอินเทอร์เนต

- Astronomy Notes
โดย ดร. Nick Strobel ในส่วนของจักรวาลวิทยา

- อธิบายจักรวาลวิทยา
ในโครงการ MAP (Microwave anisometry
Probe) ขององค์การนาซ่า

- บทความของ Gary Watson An
Exposition on Inflationary Cosmology

---

เกี่ยวกับผู้เขียน

คุณจ้อ หรือ ดร. อรรถกฤต ฉัตรภูติ เป็นหนึ่งในตัวแทนประเทศไทย ไปแข่งขันฟิสิกส์โอลิมปิก ที่ประเทศฟินแลนด์ จบชั้นมัธยมปลายจากโรงเรียนปทุมคงคา เข้าเป็นนักเรียนในโครงการพสวท และศึกษาระดับปริญญาตรีที่ภาควิชาฟิสิกส์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย จากนั้น ศึกษาต่อด้านปริญญาโท ฟิสิกส์ทฤษฎี ทีมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ (University of Cambridge) และ ปริญญาเอก ฟิสิกส์ทฤษฎี ที่มหาวิทยาลัยเดอร์แรม (Universiy of Durham) ในเวลาต่อมา ปัจจุบันเป็นอาจารย์ ประจำภาควิชาฟิสิกส์์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เป็น 1 ใน 3 ของผู้ริเริ่มวิชาการ.คอม

---

บทความอื่น

บทความแนะนำ

Blog แนะนำ

Hot Links

คลังข้อสอบ | ข่าววิชาการ
เล่นกล/เกม | อ่านนิยาย
ข่าวทุนการศึกษา | ลิงค์

ขอบคุณผู้สนับสนุน