บทนำ: ก่อนรุ่งอรุณแห่งกาลเวลา ลองจินตนาการถึงความว่างเปล่าที่แท้จริง ความว่างเปล่าที่ไม่มีแม้กระทั่งคำว่า "ความมืด" เพราะในเวลานั้นยังไม่มีอวกาศให้ความมืดได้กางปีก และไม่มีคำว่า "รอคอย" เพราะเวลาก็ยังไม่ได้เริ่มต้นนับก้าวแรก ทุกสิ่งทุกอย่างที่เห็นในปัจจุบัน ตั้งแต่เม็ดทรายบนชายหาด ตึกราบ้านช่อง ดวงดาวที่เปล่งประกายในกาแล็กซีอันห่างไกล ไปจนถึงอะตอมในร่างกายของทุกคน ทั้งหมดนั้นเคยถูกอัดแน่นรวมกันอยู่ในจุดที่เล็กยิ่งกว่าหัวเข็มหมุด เล็กจนเกือบเป็นศูนย์ แต่มีความหนาแน่นและพลังงานสูงจนเกินกว่าที่สมองของมนุษย์จะจินตนาการได้ และแล้ว ณ วินาทีนั้น... จักรวาลก็ถือกำเนิดขึ้น นี่ไม่ใช่เรื่องราวของระเบิดธรรมดาๆ แต่เป็นเรื่องราวของ "บิ๊กแบง" (The Big Bang) มหากาพย์การขยายตัวที่เปลี่ยนความว่างเปล่าให้กลายเป็นอวกาศ กาลเวลา และสสารทุกชิ้นในจักรวาล ฉากที่ 1: จุดสิงกิวลาริตี้ (Singularity) – เมื่อจักรวาลเล็กกว่าอะตอม ย้อนกลับไปเมื่อประมาณ 13,800 ล้านปีก่อน ก่อนเกิดบิ๊กแบง นักฟิสิกส์เรียกจุดเริ่มต้นนั้นว่า "ซิงกิวลาริตี้" (Singularity) ในทางคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ ซิงกิวลาริตี้คือจุดที่ปริมาตรเป็น "ศูนย์" แต่มีมวลและพลังงานเป็น "อนันต์" มันไม่ใช่ลูกบอลพลังงานที่ลอยอยู่ในความมืด เพราะอย่างที่บอกไปข้างต้นว่า "อวกาศยังไม่มี" จุดนี้จึงเป็นทุกสิ่งทุกอย่างที่มีอยู่ ไม่มีคำว่า "ข้างนอก" หรือ "ข้างใน" ณ จุดนี้ กฎทางฟิสิกส์ทุกข้อที่รู้จักในปัจจุบัน ไม่ว่าจะเป็นทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ หรือกลศาสตร์ควอนตัม ล้วนใช้การไม่ได้ แรงพื้นฐานในธรรมชาติที่เรารู้จักในปัจจุบันยังไม่แยกออกจากกัน แต่รวมตัวกันเป็นหนึ่งเดียวเรียกว่า "แรงมหาบูรณาการ" (Superforce) ฉากที่ 2: วินาทีระเบิดพลังและมหากาพย์การพองตัว (Inflation) คำว่า "บิ๊กแบง" มักทำให้คนส่วนใหญ่เห็นภาพของระเบิดไดนาไมต์หรือระเบิดนิวเคลียร์ที่มีเปลวไฟพุ่งกระจายออกไปในอากาศ แต่ในความเป็นจริง บิ๊กแบงไม่ใช่การระเบิดในพื้นที่ว่าง แต่เป็น "การขยายตัวอย่างรวดเร็วของพื้นที่ว่างเอง" เหมือนกับการเป่าลูกโป่งอย่างรวดเร็ว โดยอวกาศขยายตัวออกไปพร้อมกับพาพลังงานและสสารด้านในให้กระจายตัวออกไป ช่วงเวลาหลังจากจุดเริ่มต้นนั้น เกิดขึ้นเร็วมากจนต้องใช้หน่วยเวลาที่เรียกว่า "เวลาพลังค์" (10^{-43} วินาที) ในการอธิบาย และนี่คือลำดับเหตุการณ์พลิกจักรวาล: 1. ยุคของการพองตัว (Inflation Era) ที่เวลาประมาณ 10^{-36} ถึง 10^{-32} วินาทีหลังบิ๊กแบง เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "การพองตัวของจักรวาล" (Cosmic Inflation) จักรวาลขยายตัวทางขนาดอย่างทวีคูณ จากจุดที่เล็กกว่าอะตอม กลายเป็นขนาดประมาณลูกฟุตบอล หรือใหญ่กว่านั้นในเศษเสี้ยวของวินาที การขยายตัวนี้เร็วยิ่งกว่าความเร็วแสง ซึ่งไม่ได้ขัดต่อกฎของไอน์สไตน์ เพราะตัวที่เคลื่อนที่เร็วคือ "ผืนอวกาศ" ไม่ใช่สสาร 2. กำเนิดสสารและปฏิสสาร (Matter & Antimatter) เมื่อการพองตัวสิ้นสุดลง พลังงานมหาศาลที่อัดแน่นอยู่ก็เริ่มเปลี่ยนรูปตามสมการลือชื่อของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ E=mc^2 พลังงาน (E) เปลี่ยนเป็นสสาร (m) แต่ธรรมชาติไม่ได้สร้างสสารมาเพียงอย่างเดียว มันสร้างคู่แฝดกระจกเงาที่เรียกว่า "ปฏิสสาร" (Antimatter) ออกมาในปริมาณที่เกือบจะเท่ากันด้วย สสารและปฏิสสารมีคุณสมบัติเหมือนกันทุกประการ แต่มีประจุไฟฟ้าตรงกันข้าม เมื่อพวกมันโคจรมาเจอกัน จะเกิดการ "ประลัย" (Annihilation) คือทำลายล้างกันเองแล้วกลับไปเป็นพลังงานแสงอีกครั้ง ความโชคดีของจักรวาล: หากสสารและปฏิสสารมีจำนวนเท่ากันเป๊ะ พวกมันจะทำลายกันเองจนหมดสิ้น และจักรวาลจะเหลือเพียงความว่างเปล่าที่มีแต่แสง แต่ด้วยเหตุผลบางประการที่นักฟิสิกส์ยังคงหาคำตอบอยู่ ธรรมชาติกลับสร้าง สสารให้มากกว่าปฏิสสารอยู่เล็กน้อย (ประมาณ 1 ในพันล้านส่วน) เศษส่วนที่เกินมาเพียงน้อยนิดนี้เอง คือสิ่งที่เป็นดวงดาว โลก และตัวเราในปัจจุบัน ฉากที่ 3: ซุปเตาปฏิกรณ์และกำเนิดอะตอมแรก (Nucleosynthesis) หลังจากบิ๊กแบงผ่านไปประมาณ 1 วินาที จักรวาลขยายตัวจนอุณหภูมิลดต่ำลงพอที่อนุภาคมูลฐานอย่าง ควาร์ก (Quarks) จะสามารถจับตัวกันได้ พวกมันรวมตัวกันกลายเป็นอนุภาคที่คุ้นเคย นั่นคือ โปรตอน (Proton) และ นิวตรอน (Neutro ในช่วง 3 นาทีแรก จักรวาลมีสภาพเหมือนเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันขนาดมหึมา อุณหภูมิร้อนแรงพอที่จะหลอมโปรตอนและนิวตรอนให้เข้าด้วยกัน เกิดเป็นนิวเคลียสของธาตุที่เบาที่สุดในจักรวาล ได้แก่: ไฮโดรเจน (Hydrogen): ประมาณ 75% ฮีเลียม (Helium): ประมาณ 25% ลิเทียม (Lithium): ปริมาณเล็กน้อยมาก กระบวนการนี้เรียกว่า Big Bang Nucleosynthesis หลังจากผ่านไปไม่กี่นาที จักรวาลก็ขยายตัวและเย็นลงจนเตาปฏิกรณ์ธรรมชาติตอนนี้หยุดทำงาน ทำให้ธาตุหลักๆ ในจักรวาลถูกตรึงไว้ที่ไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นหลัก ฉากที่ 4: วันที่จักรวาลเปิดไฟ (Recombination & Cosmic Microwave Background) แม้ว่าจะมีนิวเคลียสของธาตุเกิดขึ้นแล้ว แต่จักรวาลในช่วงเวลาแรกกลับตกอยู่ใน "ความมืดมัว" ไม่ใช่เพราะไม่มีแสง แต่เป็นเพราะมันร้อนเกินไปจนอิเล็กตรอน (Electrons) ลอยอยู่อย่างอิสระ ไม่ยอมเข้าไปจับคู่กับนิวเคลียส แสง (โฟตอน) ที่เกิดขึ้นจึงเดินทางเป็นเส้นตรงไม่ได้ เพราะชนเข้ากับอิเล็กตรอนที่ลอยอยู่กระจัดกระจายตลอดเวลา สภาพของจักรวาลในช่วง 380,000 ปีแรกจึงเหมือนกับ "หมอกควันหนาทึบ" ที่แสงไม่สามารถส่องผ่านได้ แสงแรกแห่งจักรวาล จนกระทั่งเวลาเดินทางมาถึง 380,000 ปีหลังบิ๊กแบง อุณหภูมิของจักรวาลลดลงเหลือประมาณ 3,000 เคลวิน (ใกล้เคียงกับอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์บางดวง) เย็นพอที่จะทำให้อิเล็กตรอนวิ่งช้าลงและถูกนิวเคลียสจับตัวไว้ กลายเป็น "อะตอมที่สมบูรณ์" เมื่ออิเล็กตรอนถูกเก็บเข้าที่ ท้องฟ้าก็เคลียร์ หมอกควันสลายไป แสงที่เคยถูกกักขังจึงสามารถเดินทางผ่านอวกาศได้อย่างเป็นอิสระเป็นครั้งแรก เหตุการณ์นี้เรียกว่า "จักรวาลโปร่งแสง" และแสงแรกที่หลุดออกมาในวันนั้น ยังคงเดินทางผ่านอวกาศมาจนถึงปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์เรียกมันว่า "รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล" (Cosmic Microwave Background หรือ CMB) รังสี CMB นี้เปรียบเสมือน "ภาพถ่ายทารก" ของจักรวาล เป็นหลักฐานชิ้นเอกที่พิสูจน์ว่าบิ๊กแบงเคยเกิดขึ้นจริง เพราะไม่ว่าจะหันกล้องโทรทรรศน์วิทยุไปในทิศทางใดบนท้องฟ้า ก็จะพบสัญญาณวิทยุจางๆ นี้หลงเหลืออยู่เสมอ ฉากที่ 5: ยุคมืดสู่แสงสว่างของดวงดาว หลังจากจักรวาลโปร่งแสง กาลเวลาผ่านไปอีกหลายล้านปี จักรวาลเข้าสู่ยุคที่เรียกว่า "ยุคมืด" (Dark Ages) เนื่องจากในเวลานั้นมีเพียงก๊าซไฮโดรเจนและฮีเลียมกระจายตัวอยู่ทั่วไปอย่างสม่ำเสมอ ยังไม่มีดวงดาว ไม่มีกาแล็กซี ไม่มีสิ่งใดที่ให้กำเนิดแสงสว่างใหม่ได้เลย แต่ความเงียบงันนั้นไม่ได้อยู่ตลอดไป แรงโน้มถ่วง (Gravity) ซึ่งเป็นแรงดึงดูดพื้นฐานเริ่มทำงานอย่างช้าๆ บริเวณใดที่มีก๊าซหนาแน่นกว่าบริเวณอื่นเล็กน้อย แรงโน้มถ่วงจะดึงดูดก๊าซรอบๆ เข้ามาเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เหมือนลูกบอลหิมะที่กลิ้งตกเขาแล้วขยายใหญ่ขึ้น เมื่อก๊าซรวมตัวกันหนาแน่นขึ้น ความดันและอุณหภูมิที่ใจกลางก็สูงขึ้นจนถึงจุดวิกฤต (ประมาณ 10 ล้านองศาเซลเซียส) ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันจึงจุดตัวเองขึ้นอีกครั้ง... และนั่นคือวินาทีที่ "ดาวฤกษ์ดวงแรก" (First Stars) ถือกำเนิดขึ้น แสงสว่างใหม่ขับไล่ยุคมืดให้หมดไป กลุ่มของดาวฤกษ์นับแสนล้านดวงเริ่มรวมตัวกันด้วยแรงโน้มถ่วงกลายเป็น กาแล็กซี (Galaxies) และภายในใจกลางของดาวฤกษ์เหล่านั้นเอง ธาตุที่หนักกว่าอย่าง คาร์บอน ออกซิเจน เหล็ก และทองคำ ได้ถูกปรุงแต่งขึ้นมา ก่อนจะถูกพ่นออกสู่อวกาศผ่านการระเบิดซูเปอร์โนวา กลายเป็นวัตถุดิบในการสร้างโลกและสิ่งมีชีวิตในเวลาต่อมา หลักฐานคาตา: เรารู้ได้อย่างไรว่าบิ๊กแบงเกิดขึ้นจริง? วิทยาศาสตร์ไม่ได้เชื่อเรื่องบิ๊กแบงเพราะจินตนาการ แต่เกิดจากหลักฐานที่จับต้องได้ 3 ชิ้นสำคัญ: การขยายตัวของจักรวาล (Hubble’s Law): ในปี ค.ศ. 1929 เอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) ค้นพบว่า กาแล็กซีส่วนใหญ่กำลังเคลื่อนที่ห่างออกจากเรา และยิ่งกาแล็กซีอยู่ไกลเท่าไหร่ มันก็ยิ่งเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น หากเรา "กดปุ่มย้อนเวลา" กลับไป ทุกกาแล็กซีก็จะเคลื่อนที่กลับมารวมกันที่จุดเดียวนั่นเอง รังสีไมโครเวฟพื้นหลัง (CMB): แสงตกค้างจากบิ๊กแบงที่ถูกทำนายไว้โดยทฤษฎี ก่อนที่จะมีการค้นพบจริงด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุในปี ค.ศ. 1964 ซึ่งตรงกับสิ่งที่ทฤษฎีคำนวณไว้ทุกประการ สัดส่วนของธาตุในจักรวาล: เมื่อนักดาราศาสตร์ส่องกล้องไปวัดปริมาณธาตุในอวกาศอันห่างไกล พบว่ามีไฮโดรเจนประมาณ 75% และฮีเลียม 25% เสมอ ซึ่งเป็นสัดส่วนที่ตรงเป๊ะกับผลลัพธ์จากการคำนวณปฏิกิริยานิวเคลียร์ในช่วง 3 นาทีแรกหลังบิ๊กแบง บทสรุป: พวกเราคือส่วนหนึ่งของบิ๊กแบง บิ๊กแบงไม่ใช่เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นและจบลงในอดีตอันไกลโพ้น แต่เป็นกระบวนการที่ยังคงดำเนินอยู่จนถึงทุกวันนี้ จักรวาลยังคงขยายตัวออกไปเรื่อยๆ ในทุกวินาทีที่ผ่านไป สิ่งที่น่าทึ่งที่สุดเมื่อทำความเข้าใจเรื่องบิ๊กแบงคือ การได้ตระหนักว่า อะตอมทุกตัวในร่างกายของเรา ไม่ว่าจะเป็นแคลเซียมในกระดูก เหล็กในเม็ดเลือด หรือคาร์บอนในเนื้อเยื่อ ทั้งหมดไม่ได้เกิดขึ้นมาใหม่ แต่เป็นเศษเสี้ยวของสสารที่ถือกำเนิดขึ้นจากจุดสิงกิวลาริตี้เมื่อ 13,800 ล้านปีก่อน ข้อคิดส่งท้าย: มนุษย์เราไม่ได้เป็นเพียงแค่สิ่งมีชีวิตที่ยืนอยู่บนดาวเคราะห์ดวงเล็กๆ แล้วแหงนหน้ามองดูจักรวาล แต่ในความเป็นจริง ร่างกายของพวกเราคือเศษฝุ่นของดวงดาวที่ผ่านกระบวนการบิ๊กแบงมาอย่างยาวนาน พวกเราคือจักรวาลที่กำลังเรียนรู้ตัวเอง หากมีส่วนไหนของประวัติศาสตร์จักรวาลที่อยากให้เจาะลึกเพิ่มเติม เช่น การทำงานของแรงโน้มถ่วง หรือเรื่องราวของปฏิสสาร เครดิตรูปภาพ : ภาพปกโดย A.I. / ภาพ 1 / ภาพ 2 / ภาพ 3 / ภาพ 4 เปิดประสบการณ์ความบันเทิงที่หลากหลายสุดปัง บน App TrueID โหลดเลย ฟรี !