เกิดอะไรขึ้นตั้งแต่บิ๊กแบง

การเปลี่ยนแปลงที่ยิ่งใหญ่ที่สุด — และหลายอย่าง — เกิดขึ้นภายในวินาทีแรก

เมื่อนักดาราศาสตร์นึกถึงวิวัฒนาการของเอกภพ พวกเขาแบ่งอดีตออกเป็นยุคต่างๆ พวกเขาเริ่มต้นด้วยบิ๊กแบง แต่ละยุคต่อมามีระยะเวลาต่างกันไป เหตุการณ์สำคัญบ่งบอกลักษณะเฉพาะของแต่ละช่วงเวลา — และนำไปสู่ยุคต่อไปโดยตรง

ไม่มีใครรู้วิธีการอธิบายบิ๊กแบงอย่างแท้จริง เราสามารถจินตนาการว่ามันเป็นการระเบิดขนาดมหึมา แต่การระเบิดโดยทั่วไปจะขยายออกไปในอวกาศ อย่างไรก็ตาม บิ๊กแบงเป็นการระเบิดของอวกาศ อวกาศไม่มีอยู่จนกระทั่งบิ๊กแบง ในความเป็นจริง บิ๊กแบงไม่ได้เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของอวกาศเท่านั้น แต่ยังเป็นจุดเริ่มต้นของพลังงานและสสารอีกด้วย

นับตั้งแต่เกิดภัยพิบัตินั้น จักรวาลก็เย็นลง สิ่งที่ร้อนกว่ามีพลังงานมากกว่า และนักฟิสิกส์รู้ว่าสิ่งที่มีพลังงานสูงมากสามารถพลิกกลับไปกลับมาระหว่างสิ่งที่มีอยู่ในรูปสสารหรือพลังงานได้ ดังนั้น คุณลองนึกถึงเส้นเวลานี้เพื่ออธิบายว่าเอกภพค่อย ๆ เปลี่ยนจากการเป็นพลังงานบริสุทธิ์ไปสู่การมีอยู่เป็นสสารและพลังงานต่าง ๆ กันอย่างไร

และทั้งหมดเริ่มด้วยบิ๊กแบง

ประการแรก หมายเหตุเกี่ยวกับตัวเลข: เส้นเวลานี้ครอบคลุมช่วงเวลามหาศาล — ตามตัวอักษรจากแนวคิดของเวลาที่เล็กที่สุดไปจนถึงที่ใหญ่ที่สุด ตัวเลขแบบนี้ใช้พื้นที่มากในหนึ่งบรรทัด หากคุณยังคงเขียนเป็นสตริงที่มีเลขศูนย์ นักวิทยาศาสตร์จึงไม่ทำเช่นนั้น สัญกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ของพวกเขาขึ้นอยู่กับการแสดงตัวเลขที่เกี่ยวข้องกับ 10 เขียนเป็นตัวยก “กำลัง” เหล่านี้ – ทวีคูณของ 10 – จะแสดงเป็นตัวเลขเล็ก ๆ ที่เขียนไว้ด้านขวาบนของ 10 ตัวเลขเล็ก ๆ เรียกว่าเลขยกกำลัง พวกเขาระบุจำนวนตำแหน่งทศนิยมที่อยู่ก่อนหรือหลัง 1 เลขชี้กำลังที่เป็นลบไม่ได้หมายความว่าจำนวนนั้นเป็นลบ หมายความว่าตัวเลขนั้นเป็นทศนิยม ดังนั้น 10-6 คือ 0.000001 (ทศนิยม 6 ตำแหน่งเพื่อไปยัง 1) และ 106 คือ 1,000,000 (ทศนิยม 6 ตำแหน่งหลัง 1)

นี่คือไทม์ไลน์สำหรับจักรวาลของเราที่นักวิทยาศาสตร์ได้วางไว้ มันเริ่มต้นในเสี้ยววินาทีหลังจากการกำเนิดจักรวาลของเรา

0 ถึง 10-43 วินาที

(0.00000000000000000000000000000000000000000001 วินาที) หลังบิ๊กแบง: ช่วงแรกสุดนี้เรียกว่ายุคพลังค์ มันไปจาก

ชั่วพริบตาของบิกแบงถึงเสี้ยววินาทีหลังจากนั้น

ฟิสิกส์ปัจจุบัน — ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับกฎพื้นฐานของพลังงานและสสาร —

ไม่สามารถอธิบายได้ว่าเกิดอะไรขึ้นที่นี่ นักวิทยาศาสตร์กำลังตั้งทฤษฎีว่าจะอธิบายอย่างไร

เกิดอะไรขึ้นในช่วงเวลานี้ ในการทำเช่นนั้นพวกเขาจะต้องหากฎหมาย

ของฟิสิกส์เพื่อรวมแรงโน้มถ่วง ทฤษฎีสัมพัทธภาพ และกลศาสตร์ควอนตัม (พฤติกรรมของสสารในระดับอะตอมหรืออนุอะตอม

อนุภาค) ช่วงเวลาอันแสนสั้นนี้ถือเป็นก้าวสำคัญ

เพราะหลังจากช่วงเวลานี้เท่านั้นที่เราสามารถอธิบายวิวัฒนาการของ

จักรวาลของเรา

10-43 ถึง 10-35 วินาที

หลังบิ๊กแบง: แม้

ภายในช่วงเล็ก ๆ นี้เรียกว่ายุค Grand Unified Theory (GUT) ที่สำคัญ

การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น เหตุการณ์ที่สำคัญที่สุด: แรงโน้มถ่วงจะกลายเป็นความแตกต่างในตัวเอง

บังคับให้แยกจากสิ่งอื่น

10-35 ถึง 10-32 วินาที

หลังบิ๊กแบง: ระหว่าง

ช่วงเวลาสั้น ๆ นี้เรียกว่ายุคเงินเฟ้อนิวเคลียร์ที่รุนแรง

แรงแยกออกจากแรงรวมที่เหลืออีกสองแรง: แม่เหล็กไฟฟ้าและ

อ่อนแอ. นักวิทยาศาสตร์ยังไม่แน่ใจว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไรและทำไม แต่พวกเขาเชื่อ

มันจุดประกายให้เกิดการขยายตัวอย่างเข้มข้น — หรือ “เงินเฟ้อ” — ของ

จักรวาล.

การวัดการขยายตัวในช่วงเวลานี้ทำได้ยากมาก

เข้าใจ. ดูเหมือนว่าจักรวาลขยายตัวประมาณ 100 ล้านพันล้านพันล้าน

ครั้ง. (นั่นคือหนึ่งตามด้วยศูนย์ 26 ตัว)

สิ่งที่

จุดนี้แปลกจริงๆ พลังงานมีอยู่จริง แต่แสงสว่างอย่างที่เราทราบกันดีว่าไม่มี

นั่นเป็นเพราะแสงเป็นคลื่นที่เดินทางผ่านอวกาศ และยังไม่มีที่โล่ง! ใน

ความจริงแล้ว อวกาศนั้นหนาตาและเต็มไปด้วยปรากฏการณ์พลังงานสูงในตอนนี้

ตัวเองยังดำรงอยู่ไม่ได้ บางครั้งนักดาราศาสตร์อ้างถึงเอกภพในระหว่าง

คราวนี้เป็นซุป เพราะมันยากเหลือเกินที่จะจินตนาการว่าเข้มข้นและมีพลังขนาดไหน

มันจะได้รับ แต่ถึงแม้ซุปจะเป็นตัวบ่งชี้ที่ไม่ดี จักรวาลในเวลานี้

หนาแน่นไปด้วยพลังงาน ไม่ใช่สสาร

ส่วนใหญ่

สิ่งสำคัญที่ต้องเข้าใจเกี่ยวกับยุคเงินเฟ้อก็คืออะไรก็ตาม

นั่นเป็นเพียงความแตกต่างเล็กน้อยก่อนที่อัตราเงินเฟ้อจะกลายเป็นอะไรบางอย่าง

ซึ่งแตกต่างกันมากในภายหลัง (ยึดมั่นในความคิดนั้น – มัน

จะมีความสำคัญในไม่ช้า!)

10-32 ถึง 10-10 วินาทีหลังจากบิกแบง:

ในยุค Electroweak นี้ แรงที่อ่อนแอจะแยกออกเป็นปฏิสัมพันธ์เฉพาะของมันเอง เพื่อให้แรงพื้นฐานทั้งสี่อยู่ในตำแหน่ง: แรงโน้มถ่วง แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม นิวเคลียร์อย่างอ่อน และแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ความจริงที่ว่าแรงทั้งสี่นี้เป็นอิสระจากกันในขณะนี้เป็นรากฐานสำหรับทุกสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับฟิสิกส์

เอกภพยังคงร้อนเกินไป (เต็มไปด้วยพลังงาน) สำหรับสสารที่มีอยู่จริง แต่โบซอน ซึ่งเป็นอนุภาคย่อยของอะตอม W, Z และฮิกส์ ได้กลายเป็น “พาหะ” สำหรับแรงพื้นฐาน

10-10 ถึง 10-3 (หรือ 0.001) วินาทีหลังจากบิกแบง: เสี้ยววินาทีแรกนี้เรียกว่ายุคอนุภาค และเต็มไปด้วยการเปลี่ยนแปลงที่น่าตื่นเต้น

คุณอาจมีรูปถ่ายของตัวเองตอนเป็นเด็กเล็ก ซึ่งคุณเริ่มเห็นลักษณะที่ดูเหมือนคุณจริงๆ อาจจะเป็นกระที่เกิดขึ้นที่แก้มหรือรูปร่างของใบหน้า สำหรับจักรวาล ช่วงเวลาเปลี่ยนผ่านนี้ — จากยุคอิเล็กโทรวีคถึงยุคอนุภาค — เป็นเช่นนั้น เมื่อสิ้นสุด ส่วนประกอบพื้นฐานบางอย่างของอะตอมจะก่อตัวขึ้นในที่สุด

ตัวอย่างเช่น ควาร์กจะเสถียรพอที่จะรวมกันเป็นอนุภาคมูลฐาน อย่างไรก็ตาม สสารและปฏิสสารมีมากมายพอๆ กัน ซึ่งหมายความว่าทันทีที่อนุภาคก่อตัวขึ้น มันเกือบจะถูกทำลายโดยปฏิสสารที่อยู่ตรงข้ามกันในทันที ไม่มีอะไรคงอยู่ได้นานกว่าชั่วขณะ แต่ในตอนท้ายของยุคอนุภาคนี้ เอกภพเย็นลงมากพอที่จะทำให้ระยะต่อไปเริ่มต้นขึ้นได้ ซึ่งจะนำเราไปสู่สสารปกติ

10-3 (0.001) วินาทีถึง 3 นาทีหลังจากบิ๊กแบง: ในที่สุดเราก็มาถึงยุคของการสังเคราะห์นิวเคลียสแล้ว ซึ่งเราสามารถเริ่มคิดได้

ด้วยเหตุผลที่ยังไม่มีใครเข้าใจอย่างถ่องแท้ ปฏิสสารได้กลายเป็นสิ่งที่หายากเหลือเกิน เป็นผลให้การทำลายล้างของสสารและปฏิสสารไม่เกิดขึ้นบ่อยนัก สิ่งนี้ทำให้จักรวาลของเราเติบโตขึ้นเกือบทั้งหมดจากสสารที่เหลืออยู่ อวกาศยังคงยืดออกเช่นกัน พลังงานจากบิกแบงจะเย็นลงเรื่อยๆ และนั่นทำให้อนุภาคที่หนักกว่า เช่น โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน เริ่มก่อตัวขึ้น ยังคงมีพลังงานมากมายอยู่รอบตัว แต่ “สิ่งของ” ของจักรวาลได้คงตัวจนตอนนี้มันถูกสร้างขึ้นจากสสารเกือบทั้งหมด

โปรตอน นิวตรอน อิเล็กตรอน และนิวตริโนมีมากมายและเริ่มมีปฏิกิริยาต่อกัน โปรตอนและนิวตรอนบางส่วนหลอมรวมกันเป็นนิวเคลียสของอะตอมตัวแรก ถึงกระนั้นก็มีเพียงสิ่งที่ง่ายที่สุดเท่านั้นที่สามารถก่อตัวได้: ไฮโดรเจน (1 โปรตอน + 1 นิวตรอน) และฮีเลียม (2 โปรตอน + 2 นิวตรอน)

ในตอนท้ายของสามนาทีแรก เอกภพเย็นลงมากจนการหลอมนิวเคลียร์ในยุคแรกเริ่มนี้สิ้นสุดลง มันยังร้อนเกินไปที่จะสร้างอะตอมที่สมดุล (หมายถึงนิวเคลียสบวกและอิเล็กตรอนลบ) แต่นิวเคลียสเหล่านี้ผนึกส่วนประกอบของสสารในอนาคตของจักรวาลของเรา: ไฮโดรเจนสามส่วนต่อฮีเลียมหนึ่งส่วน อัตราส่วนนั้นยังคงเท่าเดิมในปัจจุบัน

3 นาทีถึง 380,000 ปีหลังจากบิกแบง: โปรดสังเกตว่าตอนนี้ช่วงเวลานั้นยาวขึ้นและมีความเฉพาะเจาะจงน้อยลง สิ่งที่เรียกว่า Era of Nuclei นี้เป็นการกลับมาของการเปรียบเทียบแบบ “ซุป” แต่ตอนนี้มันเป็นสสารที่หนาแน่น: อนุภาคย่อยของอะตอมจำนวนมหาศาลรวมถึงนิวเคลียสในยุคแรกเริ่มที่รวมตัวกับอิเล็กตรอนกลายเป็นอะตอมของไฮโดรเจนและฮีเลียม

การสร้างอะตอมเปลี่ยนแปลงการจัดระเบียบของสิ่งต่างๆ อย่างมาก เนื่องจากอะตอมยึดเกาะกันอย่างเสถียร จนถึงตอนนี้ “พื้นที่” แทบจะว่างเปล่า! มันอัดแน่นไปด้วยอนุภาคและพลังงานระดับปรมาณู มีโฟตอนของแสงอยู่ แต่พวกมันไม่สามารถเดินทางได้ไกล

แต่อะตอมส่วนใหญ่เป็นพื้นที่ว่าง ดังนั้น ณ การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญอย่างไม่น่าเชื่อนี้ จักรวาลจึงโปร่งใสต่อแสง การก่อตัวของอะตอมเปิดพื้นที่อย่างแท้จริง

ปัจจุบัน กล้องโทรทรรศน์สามารถย้อนเวลากลับไปและมองเห็นพลังงานจากโฟตอนที่เดินทางครั้งแรกเหล่านั้น แสงนั้นเรียกว่าพื้นหลังของไมโครเวฟคอสมิก หรือ CMB ซึ่งเป็นรังสี มีอายุประมาณ 400,000 ปีหลังจากบิกแบง (สำหรับการศึกษาวิธีที่แสง CMB ทำหน้าที่เป็นหลักฐานสำหรับโครงสร้างปัจจุบันของจักรวาล James Peebles จะแบ่งปันรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 2019)

กล้องโทรทรรศน์อวกาศได้วัดแสงนี้ หนึ่งในนั้นคือ COBE (Cosmic Background Explorer) และ WMAP (the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) พวกเขาวัดอุณหภูมิพื้นหลังของจักรวาลเป็น 3 เคลวิน (-270º เซลเซียส หรือ -460º ฟาเรนไฮต์) พลังงานพื้นหลังนี้แผ่ออกมาจากทุกจุดในท้องฟ้า คุณสามารถจินตนาการได้ว่าเป็นเหมือนความอบอุ่นที่มาจากกองไฟแม้ว่าจะดับไปแล้วก็ตาม

ความยาวคลื่น CMB อยู่ในส่วนไมโครเวฟของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า นั่นหมายความว่ามัน “แดง” ยิ่งกว่าแสงอินฟราเรดเสียอีก เมื่ออวกาศยืดออกระหว่างการขยายตัวของเอกภพ ความยาวคลื่นของแม้แต่แสงพลังงานสูงจากบิกแบงก็ยืดออกเช่นกัน และยังอยู่ที่นั่นเพื่อให้กล้องโทรทรรศน์ที่เหมาะสมสามารถมองเห็นได้

COBE และ WMAP ค้นพบคุณสมบัติที่น่าทึ่งอีกอย่างของ CMB โปรดจำไว้ว่าในยุคของเงินเฟ้อ ความแตกต่างเล็กน้อยในซุปจักรวาลจะขยายใหญ่ขึ้น การแผ่รังสี CMB ที่ COBE และ WMAP เห็นนั้นมีอุณหภูมิเกือบเท่ากันทุกประการบนท้องฟ้า แต่เครื่องมือเหล่านี้ก็ได้รับความแตกต่างเล็กน้อยและเล็กมาก – ความผันแปรของ 0.00001 เคลวิน!

อันที่จริงแล้ว ความแปรผันของอุณหภูมิเหล่านี้เชื่อว่าเป็นจุดกำเนิดของดาราจักร กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความแตกต่างเล็ก ๆ น้อย ๆ ในอดีตกลายเป็นเมื่อเวลาผ่านไป และเมื่อเอกภพเย็นลง โครงสร้างที่กาแลคซีจะเริ่มเติบโต

แต่นั่นต้องใช้เวลา

380,000 ปีถึง 1 พันล้านปีหลังจากบิกแบง: ในยุคของปรมาณูที่ยาวนานมหาศาลนี้ สสารได้เติบโตเป็นความหลากหลายที่น่าทึ่งที่เรารู้จักในตอนนี้ อะตอมของไฮโดรเจนและฮีเลียมที่เสถียรค่อยๆ เคลื่อนตัวเข้าหากันเป็นหย่อมๆ เนื่องจากแรงโน้มถ่วง พื้นที่ว่างเพิ่มเติมนี้ และทุกที่ที่อะตอมจับตัวกันเป็นก้อน พวกมันก็จะร้อนขึ้น

นี่เป็นช่วงเวลาที่มืดมนสำหรับจักรวาล สสารและอวกาศแยกออกจากกัน แสงสามารถเดินทางได้อย่างอิสระ — มีไม่มากนัก เมื่อกลุ่มอะตอมมีขนาดใหญ่ขึ้นและร้อนขึ้น ในที่สุดพวกมันก็จะเริ่มจุดประกายการหลอมรวม เป็นกระบวนการเดียวกับที่เคยเกิดขึ้นมาก่อน (หลอมนิวเคลียสของไฮโดรเจนเป็นฮีเลียม) แต่ตอนนี้การหลอมรวมไม่ได้เกิดขึ้นทุกที่อย่างเท่าเทียมกัน แต่กลับกระจุกตัวอยู่ที่ใจกลางของดาวที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่ เบบี้สตาร์ได้หลอมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียม จากนั้น (เมื่อเวลาผ่านไป) กลายเป็นลิเธียม และต่อมาก็กลายเป็นธาตุที่หนักกว่ามาก เช่น คาร์บอน

ดวงดาวเหล่านั้นจะสร้างแสงสว่างได้มากขึ้น

ตลอดยุคแห่งอะตอม ดาวฤกษ์เริ่มหลอมรวมไฮโดรเจนและฮีเลียมให้กลายเป็นคาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน และธาตุแสงอื่นๆ เมื่อดาวมีอายุมากขึ้น พวกมันก็สามารถดำรงอยู่ได้ด้วยมวลที่มากขึ้น สิ่งนี้กลับสร้างองค์ประกอบที่หนักกว่า ในที่สุด ดาวฤกษ์ก็สามารถระเบิดเกินขอบเขตเดิมเป็นซูเปอร์โนวาได้

ดวงดาวก็เริ่มดึงดูดกันเป็นกลุ่มก้อน กำเนิดดาวเคราะห์และระบบสุริยะ สิ่งนี้ทำให้เกิดวิวัฒนาการของกาแลคซี

1 พันล้านปีจนถึงปัจจุบัน (13.82 พันล้านปีหลังบิกแบง): ปัจจุบันนี้ เราอยู่ในยุคของกาแล็กซี มนุษย์ดำรงอยู่ภายในเสี้ยวเวลาที่น้อยที่สุดของจักรวาลเท่านั้น ทุกวันนี้ เราเห็นภาพที่สวยงามของกาแล็กซี ดวงดาว เนบิวลา และโครงสร้างอื่น ๆ ที่เรียงรายอยู่ทั่วท้องฟ้า เราจะเห็นว่ามีรูปแบบที่โครงสร้างเหล่านี้จบลง พวกเขาไม่ได้วางอย่างสม่ำเสมอ แต่แทนที่จะเป็นกระจุก

ทุกๆ อนุภาคของสสารยังคงวิวัฒนาการอย่างต่อเนื่อง จากระดับอะตอมที่เล็กที่สุดไปจนถึงระดับที่ใหญ่ที่สุดของดาราจักร จักรวาลเป็นแบบไดนามิก มันเปลี่ยนไปแม้กระทั่งตอนนี้

ช่วงเวลาในจักรวาลนี้ยังคงยากที่จะเข้าใจ แต่วิทยาศาสตร์กำลังช่วยให้เราเข้าใจ และเมื่อเรามองลึกเข้าไปในอวกาศ ขณะที่เราอยู่กับกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ เราจะเห็นการย้อนเวลากลับไปไกลขึ้น — ใกล้เคียงกับตอนที่ทุกอย่างเริ่มต้นขึ้น

ขาดหายไปจากไทม์ไลน์นี้ . . มีหลายสิ่งหลายอย่างที่เราไม่สามารถมองเห็นหรือตรวจจับได้ในขณะนี้ ตามที่นักฟิสิกส์เข้าใจเกี่ยวกับคณิตศาสตร์ของจักรวาล ชิ้นส่วนอื่นๆ เหล่านี้เรียกว่าพลังงานมืดและสสารมืด พวกมันสามารถรวมกันได้มากถึง 95 เปอร์เซ็นต์ของสิ่งของทั้งหมดในจักรวาล ไทม์ไลน์นี้ครอบคลุมเพียงประมาณ 5 เปอร์เซ็นต์ของสิ่งที่เรารู้ บิ๊กแบงเป็นอย่างไรบ้างสำหรับสมองของคุณ?

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ heavensgaterivercottages.com