เอกภพ (จักรวาล - universe) คือ ระบบที่รวบรวมทุกสิ่งทุกอย่างในธรรมชาติ ข้อมูลสำคัญของเอกภพคือ เส้นสเปกตรัมของดาราจักรเลื่อนไปทางสีแดงทำให้รู้ว่าเอกภพกำลังขยายตัว
การขยายตัวของเอกภพ
เราทราบแล้วว่าเอกภพคือแหล่งรวมทุกสรรพสิ่งในธรรมชาติ รวมทั้งที่ว่างหรืออวกาศด้วย นักดาราศาสตร์ต่างได้ศึกษาเส้นสเปกตรัมจากธาตุที่อยู่ในดาราจักรแล้วพบว่า เส้นเลื่อนไปทางแดงหรือทางความถี่ต่ำแสดงว่าดาราจักรกำลังเคลื่อนที่ออกห่างไปเรื่อย ๆ ทำให้เกิดปัญหาข้อถกเถียงกันถึงลักษณะของดาราจักรและเอกภพในอดีตว่าเป็นอย่างไร
ในวงการดาราศาสตร์ได้มีทฤษฎีหนึ่งที่จะอธิบายการกำเนิดเอกภพและสาเหตุที่ดาราจักรกำลังเคลื่อนที่คือ ทฤษฎีการระเบิดใหญ่ (big-bang theory หรือทฤษฎีบิกแบง) โดย เลแมตร์ (G.Lemaitre) ได้กล่าวไว้ว่า ในอดีตเอกภพมีลักษณะเป็นรูปทรงกลมเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 6,400 กิโลเมตร (4,000 ไมล์) เลอร์แมตร์ เรียกทรงกลมที่เป็นจุดกำเนิดของสสารนี้ว่า "อะตอมดึกดำบรรพ์" (Primeval Atom) เป็นอะตอมขนาดยักษ์ นำหนักประมาณ 2 พันล้านตันต่อลูกบาศก์นิ้ว (ซึ่งขัดแย้งกับความเป็นจริงกับความหมายของอะตอมในปัจจุบันที่ให้ความหมายของอะตอม ว่าเป็นส่วยย่อยของโมเลกุล) อย่างไรก็ตามนักดาราศาสตร์ได้ถกเถียงและค้นหาข้อเท็จจริงเกี่ยวกับทฤษฎีนี้อย่างจริงจัง และกาโมว์ (G.Gamow) เป็นคนหนึ่งที่สนับสนุนทฤษฎีของเลอเมตร์ จากผลการคำนวณของกาโมว์ ในขณะที่อะตอมดึกดำบรรพ์ระเบิดขึ้น จะมีอุณภูมิสูงถึง 3 x 10^9 เคลวิน (3,000,000,000 เคลวิน) หลังจากเกิดการระเบิดประมาณ 5 วินาที อุณภูมิได้ลดลงเป็น 10^9 เคลวิน (1,000,000,000 เคลวิน) และเมื่อเวลาผ่านไป 3 x 10^8 ปี (300,000,000 ปี) อุณภูมิของเอกภพลดลงเป็น 200 เคลวิน
ในที่สุดเอกภพก็ตกอยู่ในความมืดและเย็นไปนานมากจนกระทั่งมีดาราจักรเกิดขึ้น จึงเริ่มมีแสงสว่างและอุณภูมิเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในปี พ.ศ.2472 ฮับเบิล (Edwin P.Hubble) ได้ศึกษาสเปกตรัมของดาราจักรต่างๆ 20 ดาราจักร ซึ่งอยู่ไกลที่สุดประมาณ 20 ล้านปีแสง พบว่าเส้นสเปกตรัมได้เคลื่อนไปทางแสงสีแดง ดาราจักรที่อยู่ห่างออกไปจะมีการเคลื่อนที่ไปทางแสงสีแดงมาก แสดงว่าดาราจักรต่างๆ กำลังคลื่นที่ห่างไกลออกไปจากโลกทุกทีทุกทีๆ พวกที่อยู่ไกลออกไปมากๆจะมีการเคลื่อนที่เร็วขึ้น ดาราจักรที่ห่างประมาณ2.5พันล้านปีแสง มีความเร็ว 38,000 ไมล์ต่อวินาที ส่วนพวกดาราจักร ที่อยู่ไกลกว่านี้มีควาเร็วมากขึ้นตามลำดับ ความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางของดาราจักรและ ความเร็วแห่งการเคลื่อนที่ เรียกว่า "กฎฮับเบิล" ทฤษฎีนี้อาจเรียกว่า "การระเบิดของเอกภพ" (Exploding Universe) ซึ่งก็สนับสนุนกับแนวคิดของเลแมตร์เช่นกัน
เอกภพกำเนิดได้อย่างไร
จากเดิมที่ไม่อะไรอยู่เลยแล้วปรากฏขึ้นอย่างทันทีทันใดหรือไม่สิ่งที่เรียกว่าการกำเนิดเอกภพ ย้อนกลับไปสู่อดีตราว 18,000 ล้านปีก่อน จากกฎของฮับเบิลเอกภพจะมีขนาดเล็กเหมือน "จุด''จุดหนึ่ง ในเวลานั้นเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างไร จากช่วงเอกภพเป็นสเหมือน จุด ขนาดเล็ก เริ่มเกิดการขยายตัวที่มีลักษณะเหมือนการระเบิด เรียกกันว่า บิกแบง (big bang) หรือ การระเบิดครั้งใหญ่ของเอกภพ ในขณะนั้นมวลสารทั้งหมดที่มีอยู่ในเอกภพอันกว้างใหญ่ไพศาลในปัจจุบันอัดแน่นอยู่ใน จุด ทำให้มีพลังงานสะสมอยู่มหาศาล ทั่วทั้งเอกภพเริ่มขยายตัวเพราะแรงดันที่เกิดจากพลังงานดังกล่าว ซึ่งเริ่มกลายเป็นสสารตามสมการของไอน์สไตน์ ขณะที่เอกภพยังเป็นสเหมือน จุด อยู่นั้น มีความหนาแน่นสูงมากดังนั้นจึงเกิดปรากฏการณ์น่าอัศจรรย์แตกต่างจากที่เราเห็นในชีวิตประจำวัน เอกภพได้ปรากฏขึ้นมาอย่างทันที่ทันใดจากเดิมที่เป็นเพียงความว่างเปล่าไม่มีอะไรอยู่เลย ตามหลักกลศาสตร์ควอนตัม( quantum mechanics) นั้น การดำรงอยู่ของสสารเป็นการซ่อนทับกันของเคลื่อน ซึ่งอธิบายได้สมการการเคลื่อนที่ของคลื่น เพราะฉะนั้น ทฤษฎีที่ว่า เอกภพเกิดขึ้นทันทีทันใด จากเดิมที่ไม่มีอะไรอยู่เลย จึงมีความเป็นไปได้ และอาจกล่าวได้ว่าสสารจำนวนหนึ่ง ณ เวลาหนึ่งที่แน่นอน มีความเป็นไปได้ว่าจะสูญหายไปทันทีเหมือนอยู่อีก ณ เวลาหนึ่ง ม่าวมีโอกาสน้อยมากที่จะเกิดขึ้นแต่ก็ไม่ใช่ว่าจะเป็นไปไม่ได้เลย อย่างไรก็ตามเมื่อวัตถุหดตัวเล็กลงมันจะขนาดเล็กมากจนอาจเกิดสภาพที่บางก็มีอยู่ บางครั้งก็หายไปที่เป็นแนวคิดเกี่ยวกับการกำเนิดเอกภพที่เอ็ดเวิร์ด เฟรดกิน แสนอไว้ในปี ค. ศ. 1980
ทฤษฎีเกี่ยวกับเอกภพ
ปัจจุบันทฤษฎีเกี่ยวกับเอกภพได้พัฒนาขึ้นบนพื้นฐานความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ ทุกคนคงเคยสงสัยเหมือนกันว่าโลกที่เราอาศัยอยู่นั้นจริงแล้วเป็นเช่นไร เวลานี้ในสมองของแต่ละคนจะความคิดเฉพาะเกี่ยวกับเอกภพ ผดขึ้นมา คนสมัยโบราณมีความคิดเห็นแตกต่างกันเกี่ยวกับเอกภพและมักสัมพันธ์กับศาสนา ดังนั้นจึงสร้างภาพของเอกภพออกมาพิษดารมากภาพของเอกภพนี้ส่วนใหญ่มักจะใช้ยอดโดมมาแบ่งเอกภพเป็นด้านในและด้านนอก โดยด้านในเป็นโลกมนุษย์และด้านนอกเป็นโลกของเทพ หลังจากคริสต์ศตวรรษ์ที่17เป็นต้นมา เมื่อวิชาดาราศาสตร์ได้พัฒนาขึ้น แนวคิดเกี่ยวกับเอกภพจึงได้เปลี่ยนแปลงไปจากเดิมที่มีลักษณะเป็นจินตนาการล้วนๆก็ปรากฏชัดเจนขึ้นโดยอยู่บนพื้นฐานของดาราศาสตร์และวิทยาศาสตร์ ปัจจุบันทฤษฎีเกี่ยวกับเอกภพที่ไม่สามารถอธิบายกฎของฮับเบิลได้ย่อมไม่มีความหมาย จนถึงทุกวันนี้มีทฤษฎีเกี่ยวกับเอกภพหลายๆทฤษฎีที่อธิบายกฎของฮับเบิลได้ และทฤษฎีที่น่าเชื่อถือมากที่สุด คือทฤษฎี บิกแบง หรือการระเบิดครั้งใหญ่ของเอกภพ แต่ก็มีความคิดเห็นแตกต่างกันหลายอย่างในเรื่องรูปแบบการระเบิดครั้งใหญ่ เช่นทฤษฎีการสั้นสะเทือนของเอกภพ มองว่าก่อนหน้านี้เอกภพอยู่ในสภาพค่อยๆหดตัวลง ต่อมาเนื่องจากเกิดปฎิกิริยาสะท้อนกลับทำให้เกิดการขยายตัวออก หรือทฤษฎีการขยายตัวของเอกภพเห็นว่าตอนเอกภพกำเนิดขึ้นในระยะแรกจะมีการขยายตัวอย่างรวดเร็ว ฮอว์คิงเสนอว่าไมควรมองการกำเนิดเอกภพเป็นปรากฏการณ์ที่มหัศจรรย์ ในทำนองเดียวกัน เซอร์ เฟรด ฮอยล์ (ค. ศ. 1915- 2001) นักดาราศาสตร์และนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ และนักดาราศาสตร์อีกหลายท่านได้เสนอทฤษฎีเอกภพเป็นนิรันดร์ โดยเห็นว่าเอกภพไม่มีจุดเริ่มต้นและไม่มีจุดสิ้นสุด สสารทั้งมวลผุดขึ้นมาจากช่องว่างในขณะเอกภพขยายตัว เมื่อพิจารนาแล้วแนวคิดดังกล่าวถือเป็นเรื่องประหลาดมาก แต่ทฤษฎีเกี่ยวกับเอกภพของ เฟรดกินก็มองว่าสสารทั้งมวลผุดขึ้นมาจากอาณาจักรที่ว่าเปล่าในขณะที่เอกภพถือกำเนิดขึ้น จะเห็นได้ว่าสองแนวคิดนี้เหมือนกันโดยพื้นฐาน
อายุของเอกภพ
การใช้ค่าคงที่ของฮับเบิลคำนวณหาอายุของเอกภพ ปัจจุบันยังไม่สามารถหาอายุที่แท้จริงของเอกภพได้ เราอาจเข้าใจว่าโลกและเอกภพมีมาตั้งแต่โบราณไม่เปลี่ยนแปลงแต่ความจริงแล้วไม่เป็นเช่นนั้น เพราะเอกภพถือกำเนิดขึ้น ณ เวลาหนึ่ง แต่เวลาผ่านมานานเท่าไรแล้วล่ะ หากเราต้องการหาอายุของโลก เราสามารถใช้เรดิโอไอโซโทปมาวัดอายุและเวลาในการก่อสร้างใรการก่อตัวของหินเปลือกโลก ทำให้รู้ว่าโลกก่อตัวขึ้นมานานเท่าไร แต่ถ้าต้องการคำนวณหาเวลาที่เอกภพก่อตัวขึ้นจำเป็นต้องวัดอายุของดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์ที่มีสมบัติแตกต่างกันจะมีอายุต่างกันด้วย กระจุกดาวทรงกลม (globula cluster) ที่เก่าแก่ที่สุดราว 12,000ล้านปี ดังนั้นเอกภพจึงน่ามีอายุมากกว่านี้ เราใช้กฎของฮับเบิลเป็นข้ออ้างอิงในการคำนวณหาอายุของเอกภพเริ่มจากกำหนดให้ระยะทางห่างแต่เดิมระหว่างกาแล็กซี่สองแห่งเป็น r และv เป็นความเร็วในการถอยห่างออกจากกัน จะได้ค่าของเวลาคือ t=r/v เพื่อนำมาหาค่าของเวลาที่กาแล็กซี่อยู่ติดกันกฎของฮับเบิลแสดงได้เป็น v=hr บอกให้เรารู้ว่ากาแล็กซี่ซึ่งปัจจุบันอยู่ห่างไกลกันมากนั้น ก่อนหน้าเวลา1/h กาแล็กซี่เหล่านี้รวมกันเป็นจุดเดียว ค่า H นี้เรียกว่า ค่าคงที่ของฮับเบิล ( hubble constant )จากการคำนวณของฮับเบิลในปี ค.ศ. 1929ได้ผลออกมาว่าทุกๆระยะห่าง 3 ล้านปีแสงความเร็วถอยห่างจะเป็น 200กิโลเมตรต่อวินาที เมื่อนำค่า H มาคำนวณหาเอกภพจะได้ค่าราว 5,000 ล้านปีซึ่งน้อยกว่าของกระจุกดาวทรงกลมที่มีอายุ 12,000 ล้านปี จึงนับว่าเป็นผลลัพธ์ที่น่าแปลก ทั้งนี้เป็นเพราะขณะที่ฮับเบิลคำนวณระยะห่างเขาใช้มาตรวัดระยะผิดพลาด กล่าวคือใช้ดาวแปรแสงแบบเซฟิด (Cepheid variabie star) เป็นหลักในการคำนวน แต่ระดับความสว่างของดาวแปรแสงแบบเซฟิด เดิมกำหนดผิดไปขั้นหนึ่ง ทำคลาดเคลื่อนได้
