จักรวาลลึกลับที่ไร้ทิศทาง

ความลึกลับเป็นเรื่องที่น่ายินดีบางทีอาจเป็นเรื่องที่น่าสยดสยองยืนหยัดและครอบงำจินตนาการของมนุษย์ที่อยากรู้อยากเห็น ธรรมชาติที่แท้จริงของจักรวาลคืออะไรและอะไรคือสถานที่ของเราในโครงร่างจักรวาลที่ไม่อาจหยั่งรู้ได้? เราสามารถตอบคำถามเหล่านี้ได้หรือไม่หรือพวกเขาอยู่ไกลเกินเอื้อมบางทีอาจจะซ่อนอยู่ในมุมแปลกใหม่ที่เป็นความลับที่ใดที่หนึ่งนอกเหนือจากขอบฟ้าจักรวาลในการมองเห็นของเรา? อันที่จริงโดเมนที่มีอยู่นอกเหนือขอบฟ้าจักรวาลของเรานั้นห่างไกลมากจนแสงที่เดินทางมาหาเราจากภูมิภาคเหล่านั้นไม่มีเวลามาถึงเรานับตั้งแต่การกำเนิดบิ๊กแบงของจักรวาลเมื่อเกือบ 14 พันล้านปีก่อนเนื่องจากการขยายตัวของอวกาศ เดินมาหาเราตลอดช่วงอวกาศและเวลาที่กว้างใหญ่อย่างไม่น่าเชื่อการแผ่รังสี Cosmic Microwave Background (CMB)มีเบาะแสที่น่าหลงใหลเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อนานมาแล้วและอยู่ห่างไกลออกไปในเหตุการณ์อันงดงามครั้งแรกของการถือกำเนิดอันลึกลับของทารกในจักรวาล การแผ่รังสีพื้นหลังของแสงโบราณนี้เป็นรังสีความร้อนของวัตถุที่หลงเหลือจากยุคดั้งเดิมของการรวมตัวกันใหม่ในจักรวาลวิทยาบิ๊กแบงและเป็นเรื่องที่น่าสนใจซึ่งให้ความลับที่ลึกซึ้งที่สุดของจักรวาลของเราแก่ผู้ที่อาศัยอยู่ในจักรวาลของเรา ดินแดนมหัศจรรย์. ในเดือนกันยายน 2559 ทีมนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์เปิดเผยว่าการศึกษาการแผ่รังสีCMBแสดงให้เห็นว่าเอกภพขยายตัวในลักษณะเดียวกันในทุกทิศทาง – ไม่มีทิศทางที่ต้องการเลย

งานวิจัยใหม่นี้ตีพิมพ์ในPhysical Review Letters ฉบับวันที่ 22 กันยายน 2016 สนับสนุนสมมติฐานที่เกิดขึ้นในแบบจำลองมาตรฐานของจักรวาลวิทยาของจักรวาล Daniela Saadeh ผู้เขียนนำการศึกษาให้ความเห็นในข่าวประชาสัมพันธ์ของมหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอนเมื่อวันที่ 22 กันยายน 2016 ว่า “การค้นพบนี้เป็นหลักฐานที่ดีที่สุดที่ยังแสดงว่าเอกภพเหมือนกันในทุกทิศทางความเข้าใจในปัจจุบันของเราเกี่ยวกับเอกภพคือ สร้างขึ้นจากสมมติฐานที่ว่ามันไม่ชอบทิศทางหนึ่งมากกว่าอีกทิศทางหนึ่ง แต่จริงๆแล้วมีหลายวิธีที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์จะทำให้พื้นที่ไม่สมดุล จักรวาลที่หมุนและยืดออกเป็นไปได้ทั้งหมดดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่เราจะต้องแสดงให้เห็นว่าเรามีความยุติธรรมในทุกทิศทาง “ดร. ซาเดห์เป็นหัวหน้าภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ของมหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอนในอังกฤษ

CMBเป็นเรืองแสงผีอ่อนโยนของแสงโบราณมากที่ขจรขจายทั้งจักรวาล มันไหลผ่านอวกาศและเวลาอย่างนุ่มนวลด้วยความรุนแรงที่แทบไม่เปลี่ยนแปลงจากทุกทิศทาง – และมันคือสายัณห์ที่ระลึกของบิ๊กแบงเอง แสงดึกดำบรรพ์ที่ยังคงส่งเสียงกระซิบให้เราฟังถึงความลับที่หายไปนานที่หลอกหลอนเกี่ยวกับยุคโบราณอันยิ่งใหญ่ซึ่งมีมานานก่อนที่จะมีผู้สังเกตการณ์มาร่วมเป็นสักขีพยานCMBเป็นแสงที่เก่าแก่ที่สุดที่เราสามารถที่จะสังเกตเห็น มันเริ่มต้นการเดินทางอันยาวนานมาหาเราเมื่อ 13.8 พันล้านปีก่อน – หลายพันล้านปีก่อนที่ระบบสุริยะของเราจะก่อตัวขึ้นและก่อนที่กาแล็กซีทางช้างเผือกแบบก้นหอยของเราจะก่อตัวขึ้นโดยหมุนเหมือนวงล้อที่มีแสงดาวในอวกาศCMBมาหาเราจากยุคที่หายสาบสูญเมื่อสิ่งที่มีอยู่คือทะเลที่ปั่นป่วนของรังสีที่ร้อนแรงรังสีพราวและอนุภาคมูลฐานที่ไหลแรง จักรวาลโบราณไม่ใช่สถานที่ที่ค่อนข้างเย็นและเงียบสงบอย่างที่เป็นอยู่ในขณะนี้และยิ่งมีผู้อยู่อาศัยในจักรวาลที่คุ้นเคยมากขึ้นหรือน้อยลงเช่นดวงดาวดาวเคราะห์ดวงจันทร์และกาแลคซีทั้งหมดนี้ก่อตัวขึ้นจากการท่วมท้นของอนุภาคมูลฐาน จักรวาลขยายตัวอย่างมากและเย็นลงและหนาวขึ้นเรื่อย ๆ ตอนนี้เรามองไปที่การเรืองแสงที่กำลังจะตายของจักรวาล – เถ้าถ่านของการก่อตัวของไฟลึกลับ – ขณะที่มันวิ่งเร็วขึ้นและเร็วขึ้นเรื่อย ๆ เพื่อชะตากรรมที่ไม่รู้จัก

CMBเป็นพื้นหลังเกือบเครื่องแบบของคลื่นวิทยุที่น้ำท่วมทั้งคอสมอส มันถูกปล่อยออกมาเมื่อในที่สุดจักรวาลก็เย็นตัวลงมากพอที่จะเติบโตโปร่งใสกับแสงและรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ารูปแบบอื่น ๆ – ประมาณ 380,000 ปีหลังจากเกิดบิ๊กแบง จากนั้นจักรวาลดั้งเดิมก็เต็มไปด้วยก๊าซไอออไนซ์ที่ร้อนจัด ก๊าซนี้มีความสม่ำเสมอเกือบทั้งหมดแต่มีความเบี่ยงเบนเล็กน้อยจากความสม่ำเสมอแบบโบราณนี้ซึ่งเป็นจุดแปลก ๆ ที่มีความหนาแน่นมากกว่าหรือน้อยกว่าบริเวณโดยรอบเพียงเล็กน้อย (1 ส่วนใน 100,000) การเบี่ยงเบนเล็กน้อยเหล่านี้จากความสม่ำเสมอที่สมบูรณ์ทำให้นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ได้รับของขวัญประเภทต่างๆ – แผนที่ของจักรวาลดั้งเดิม – CMBรังสี สายัณห์ที่มีค่าและยิ้มแย้มแจ่มใสของการเป็นทารกที่หายไปของจักรวาลของเรานี้มีรอยประทับฟอสซิลที่ยังคงหลงเหลืออยู่ซึ่งเป็นมรดกของอนุภาคโบราณเหล่านั้นซึ่งเป็นรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงความเข้มดั้งเดิมที่มีขนาดเล็กมากซึ่งนักจักรวาลวิทยาทางวิทยาศาสตร์สามารถพยายามกำหนดคุณลักษณะของจักรวาลได้

เมื่อรังสีCMBเริ่มต้นในการเดินทางครั้งแรกเมื่อหลายพันล้านปีก่อนมันสวยงามและยอดเยี่ยมราวกับพื้นผิวของดาวที่พร่างพราว – และมันก็ร้อนพอ ๆ อย่างไรก็ตามการขยายอย่างต่อเนื่องของ Spacetime ได้ยืดออกไปเป็นพัน ๆ ครั้งตั้งแต่นั้นมา สิ่งนี้ทำให้ความยาวคลื่นของแสงโบราณนั้นยืดออกไปพร้อมกับการขยายตัวและตอนนี้CMBมีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ 2.73 องศาที่แทบจะเป็นไปไม่ได้

ในขณะที่จักรวาลขยายตัวออกไปสสารและพลังงานของมันก็ยืดออกไปพร้อมกับมันและเย็นลงอย่างรวดเร็ว การแผ่รังสีที่ยิงออกมาโดยลูกไฟคอสมิคที่ส่องแสงซึ่งกลืนกินจักรวาลของทารกแรกเกิดทั้งหมดวิวัฒนาการผ่านสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดตั้งแต่รังสีแกมมาไปจนถึงรังสีเอกซ์ไปจนถึงแสงอัลตราไวโอเลตและในที่สุดก็ผ่านสีรุ้งสวยงามที่เราเห็น ในสเปกตรัมของแสงที่มองเห็นได้ แสงที่มองเห็นคือแสงที่มนุษย์สามารถมองเห็นได้ จากนั้นแสงดึกดำบรรพ์ถูกยืดออกไปอีกในช่วงอินฟราเรดและคลื่นวิทยุของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า แสงระเรื่อของลูกไฟโบราณCMB ที่เดินทางมาจากทั้งหมดอย่างแท้จริงกล้องโทรทรรศน์วิทยุสามารถตรวจจับพื้นที่บนท้องฟ้าได้ ในจักรวาลโบราณอวกาศเองก็จ้องมองอย่างดุเดือดด้วยการก่อตัวของมัน แต่เมื่อเวลาผ่านไปผ้าของอวกาศก็ยังคงขยายและยืดออกไปและรังสีก็เย็นลง เป็นครั้งแรกที่เอกภพมืดลงในแสงที่มองเห็นได้ธรรมดาเช่นเดียวกับที่เราเห็นในปัจจุบัน

ในวัยเด็กของจักรวาลก่อนที่ดวงดาวและดาวเคราะห์จะถือกำเนิดขึ้นมันมีความร้อนหนาแน่นและเต็มไปด้วยแสงที่เปล่งออกมาจากหมอกพลาสม่าไฮโดรเจนสีขาวที่ร้อนจัด ในขณะที่จักรวาลอายุน้อยยืดออกทั้งพลาสมาและรังสีที่บรรจุอยู่นั้นก็เย็นลง ในที่สุดเมื่อจักรวาลเย็นพอโปรตอนและอิเล็กตรอนรวมกันเพื่อสร้างอะตอมของไฮโดรเจนที่เป็นกลาง อะตอมแรกเหล่านี้ไม่สามารถดูดซับรังสีความร้อนได้อีกต่อไปดังนั้นคอสมอสจึงโปร่งใส – ไม่มีหมอกที่จ้องมองและทึบแสงอีกต่อไป ยุคนี้เป็นสิ่งที่นักจักรวาลวิทยาทางวิทยาศาสตร์เรียกว่ายุคการรวมตัวกันใหม่ – ช่วงเวลาที่อะตอมเป็นกลางก่อตัวขึ้นครั้งแรก เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นไม่นานหลังจากการรวมตัวกันใหม่เรียกว่ายุคของการแยกโฟตอนเป็นช่วงเวลาที่โฟตอนมีอิสระในการเดินทางผ่านอวกาศแทนที่จะกระจัดกระจายโดยโปรตอนและอิเล็กตรอนในพลาสมา โฟตอนที่มีอยู่ในยุคแรกของการแยกโฟตอนได้แพร่กระจายและเต้นรำไปตามอวกาศนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมากลายเป็นลมและมีพลังน้อยลงเมื่อพวกเขาเดินท่องไปในจักรวาล เนื่องจากการขยายตัวของอวกาศทำให้ความยาวคลื่นเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป – และความยาวคลื่นแปรผกผันกับพลังงานตามความสัมพันธ์ของพลังค์พื้นผิวของกระเจิงสุดท้ายหมายถึงชุดของจุดในพื้นที่ที่ระยะห่างที่เหมาะสมจากเราเพื่อให้เราสามารถได้รับโฟตอนที่ปล่อยออกมามีพื้นเพมาจากจุดเหล่านั้นในเวลาโบราณของโฟตอน decoupling ในจักรวาลยุคแรก

การวัดที่แน่นอนของCMBมีความสำคัญอย่างยิ่งในจักรวาลวิทยาทางวิทยาศาสตร์ นั่นเป็นเพราะแบบจำลองของจักรวาลที่เสนอจะต้องสามารถอธิบายการแผ่รังสีนี้ได้ การเรืองแสงอันอ่อนโยนแบบโบราณนี้มีความสม่ำเสมอเกือบทุกทิศทาง อย่างไรก็ตามรูปแบบที่ยังคงหลงเหลืออยู่ขนาดเล็กมากเผยให้เห็นรูปแบบที่เฉพาะเจาะจงและน่าเบื่อหน่ายเช่นเดียวกับที่คาดว่าจะเกิดจากก๊าซร้อนที่มีการกระจายอย่างสม่ำเสมอซึ่งเป็นก๊าซที่ขยายไปจนถึงขนาดปัจจุบันของจักรวาล โดยเฉพาะอย่างยิ่งการแผ่รังสีของสเปกตรัมที่มุมสังเกตที่แตกต่างกันบนท้องฟ้าแสดงให้เห็นแอนไอโซโทรปีเล็ก ๆ(ความผิดปกติ) ซึ่งแตกต่างกันตามขนาดของพื้นที่ที่สังเกตเห็น พวกเขาได้รับการวัดอย่างรอบคอบและตรงกับสิ่งที่คาดหวังหากการแปรผันทางความร้อนขนาดเล็กซึ่งเกิดจากความผันผวนของควอนตัมของสสารในพื้นที่ขนาดเล็กมากได้ขยายและขยายไปจนถึงขนาดของจักรวาลที่สังเกตได้ที่เราเห็นในปัจจุบัน ราชภัฏสวนสุนันทา

George Gamow, Ralph Alper และ Robert Herman เป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่ทำนายการมีอยู่ของCMBในปี 1948 นอกจากนี้ Alpher และ Herman ยังสามารถคาดเดาได้ว่าอุณหภูมิของCMBจะอยู่ที่ประมาณที่นักวิทยาศาสตร์รู้ว่าตอนนี้เป็น

Serendipityเป็นคำที่ใช้อธิบายประสบการณ์ของคนที่ค้นหาสิ่งหนึ่งแต่พบสิ่งอื่นแทนความบังเอิญทางวิทยาศาสตร์ไม่ใช่เรื่องแปลก อันที่จริงการค้นพบCMBเป็นหนึ่งในตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดของปรากฏการณ์นี้โดยเฉพาะ ค้นพบในปี 1960 โดยดร. Arlo Penzias และดร. โรเบิร์ตดับเบิลยูวิลสันจากโรงงาน Murray Hill ของ Bell Telephone Laboratories ในรัฐนิวเจอร์ซีย์CMBเปิดเผยตัวเองในรูปแบบของ “เสียง” เบื้องหลังในจานวิทยุ ในตอนแรกนักวิทยาศาสตร์สองคนระบุว่า “เสียง” ลึกลับนี้มาจากมูลของนกพิราบ – มีนกพิราบจำนวนมากที่ Murray Hill – แต่สิ่งนี้พิสูจน์แล้วว่าไม่เป็นเช่นนั้น “เสียงรบกวน” ที่เพนเซียสและวิลสันหยิบขึ้นมาในจานวิทยุเป็นเสียงร้องแรกของจักรวาลแรกเกิดของเรานั่นคือการแผ่รังสีของCMBดร. โรเบิร์ต Dicke ใกล้มหาวิทยาลัยพรินซ์ตันและเพื่อนร่วมงานของเขายังมีส่วนร่วมสำคัญในการค้นพบของCMBเพนเซียสและวิลสันได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี พ.ศ. 2521 จากการค้นพบโดยบังเอิญ

ปัจจุบันไม่มีโมเดลอื่นใดนอกจากบิ๊กแบงที่สามารถอธิบายความผันผวนของCMBได้ ด้วยเหตุนี้นักจักรวาลวิทยาทางวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่จึงนิยมใช้แบบจำลองบิ๊กแบงของจักรวาลเป็นคำอธิบายที่ดีที่สุดสำหรับCMB ความสม่ำเสมอที่เกือบจะสมบูรณ์ตลอดทั้งเอกภพที่สังเกตได้และแอนไอโซโทรปีที่จาง ๆ แต่วัดได้นั้นให้การสนับสนุนที่มีประสิทธิภาพสำหรับโมเดลบิ๊กแบง