จักรวาลช่างเต็มไปด้วยความมหัศจรรย์เหนือคณานับ ไม่ว่าจะเป็นดวงดาวสุกสกาวที่ประดับประดาอยู่บนท้องฟ้ายามค่ำคืน หรือโลกของเราที่เต็มไปด้วยสิ่งมีชีวิตหลากหลายสายพันธ์ุก็ตามที ซึ่งได้รัญจวนชวนให้มนุษย์อย่างเราเฝ้าสงสัยถึงความเป็นมาของเอกภพอยู่เสมอ จึงไม่ใช่เรื่องน่าแปลกใจที่บรรพบุรุษของเราได้แต่งเติมตำนานการสร้างโลกต่าง ๆ ขึ้นมาในหลากหลายอารยธรรมทั่วโลก โดยมักจะกล่าวถึงพลังอำนาจที่เหนือธรรมชาติเสียเป็นส่วนใหญ่
แต่แล้วเมื่อมนุษย์เริ่มที่จะคิดค้นกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ขึ้นมาเพื่ออธิบายธรรมชาติรอบตัวได้อย่างถูกต้องมากขึ้น นับตั้งแต่การค้นพบว่าโลกไม่ใช่ศูนย์กลางของจักรวาล คำถามเชิงปรัชญาและเทววิทยาในอดีตต่าง ๆ จึงได้ถูกหยิบยกขึ้นมาเป็นประเด็นสำคัญอีกครั้งหนึ่งในรอบหลายพันปี พร้อมกับการค้นหาหลักฐานที่หนักแน่นกว่าเดิมที่เราสามารถพิสูจน์และยืนยันได้จริง
“ทำไมเราถึงดำรงอยู่ในจักรวาลกันเล่า“
“ทำไมผืนแผ่นดินโลกถึงได้ถือกำเนิดขึ้นมา“
“ทำไมเอกภพถึงได้เป็นแบบที่มันเป็นอยู่อย่างในทุกวันนี้“
คำถามเหล่านี้อาจเป็นหนึ่งคำถามที่เก่าแก่ที่สุดนับตั้งแต่ที่มนุษย์เริ่มมีความรู้สึกนึกคิดขึ้นมา และเราก็คงไม่สามารถบอกเล่าเรื่องราวของจักรวาลได้เลย หากปราศจากสายสัมพันธ์เดียวที่เชื่อมระหว่างตัวเรากับจักรวาลได้อย่างสวยงาม ซึ่งนั่นก็คือ “แสง” แสงสว่างจากดวงดาราที่ทำให้เราสามารถย้อนเวลากลับไปอ่านประวัติศาสตร์ทั้งหมดของเอกภพได้ ดังนั้นในบทความนี้เราจะพาผู้อ่านทุกท่านมาร่วมเดินทางค้นหาจุดกำเนิดของจักรวาลผ่านแสงไปด้วยกัน
ผู้ส่งสาส์นจากอดีต
ย้อนกลับไปเมื่อ ค.ศ. 1676 ซึ่งตรงกับช่วงรัชสมัยพระนารายณ์ของไทยเรา นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์กที่มีชื่อว่า โอเลอ เรอเมอร์ (Ole Rømer) ก็ได้พบความผิดปกติบางอย่างเกิดขึ้น ในขณะที่เขากำลังสังเกตการณ์ดวงจันทร์ไอโอของดาวพฤหัสฯผ่านกล้องโทรทรรศน์อยู่ ซึ่งเขาพบว่าดวงจันทร์ไอโอนั้นใช้เวลาโคจรเคลื่อนที่ตัดหน้าดาวพฤหัสฯไม่เท่ากันในแต่ละช่วงเวลาของปี โดยมีช่วงทิ้งห่างกันหลายสิบนาทีอย่างแปลกประหลาด ทั้ง ๆ ที่ดวงจันทร์ไอโอควรจะโคจรรอบดาวพฤหัสฯด้วยอัตราคงที่ เหมือนกับดวงจันทร์ที่ใช้เวลาโคจรรอบโลก 27 วันกับอีก 7 ชั่วโมง อย่างพอดิบพอดี
ก่อนที่ต่อมา โอเลอ เรอเมอร์ จะตระหนักได้ว่าสาเหตุที่ดวงจันทร์ไอโอใช้เวลาเคลื่อนที่ตัดหน้าดาวพฤหัสฯไม่เท่ากันในแต่ละช่วงเวลาของปีนั้น ไม่ได้มีต้นตอมาจากดวงจันทร์ไอโอเลยแม้แต่น้อย แต่กลับเป็นเพราะว่าแสงมีความเร็วจำกัดต่างหาก เนื่องจากเมื่อดาวเคราะห์โลกโคจรเข้ามาใกล้ดาวพฤหัสฯมากที่สุดในระยะ 588 ล้านกิโลเมตร แสงสะท้อนของดาวพฤหัสฯจะใช้เวลาเดินทางมาถึงโลกเร็วกว่าตอนที่โลกอยู่ห่างดาวพฤหัสฯมากที่สุดที่ 968 ล้านกิโลเมตร นั่นเอง
โอเลอ เรอเมอร์ จึงกลายเป็นบุคคลแรกในประวัติศาสตร์ที่พิสูจน์และคำนวณได้ว่าแสงนั้นมีความเร็วจำกัด ไม่ได้เดินทางข้ามจักรวาลในชั่วพริบตาอย่างที่เราเคยเข้าใจ แต่กลับมีความเร็ว 210,000 กิโลเมตรต่อวินาทีในสุญญากาศ ซึ่ง เรอเมอร์ ได้คำนวณคาดเคลื่อนไปอยู่สมควรจากที่ในปัจจุบันเราวัดได้ที่ประมาณ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที ดังนั้นการที่แสงมีขีดจำกัดของความเร็วจึงหมายความว่า “ยิ่งเรามองวัตถุในอวกาศออกไปไกลมากขึ้นเท่าใด เราก็ยิ่งมองย้อนกลับไปในอดีตไกลออกไปมากขึ้นเท่านั้น” อย่างเช่น ดวงอาทิตย์ของเราเองก็คือภาพจากเมื่อ 8 นาทีที่แล้ว เนื่องจากแสงต้องใช้เวลาเดินทางจากดวงอาทิตย์ผ่านห้วงอวกาศเป็นเวลากว่า 8 นาทีด้วยกัน
แสงจึงเปรียบเสมือนดั่งผู้ส่งสาส์นจากห้วงอดีตกาล ซึ่งได้นำพาเรื่องราวของการกำเนิดจักรวาลมามอบให้กับเราอยู่ตลอดเวลา โดยที่เราไม่เคยรู้สึกตัวเลยแม้แต่น้อย การจาริกแสวงหาจุดกำเนิดของจักรวาลจึงไม่ได้เป็นเรื่องที่ไกลเกินเอื้อมอีกต่อไป เพราะเพียงแค่เรามองไปไกลขึ้นเรื่อย ๆ ตามลำแสงไปเราก็จะสามารถหยั่งรู้ถึงเรื่องราวความเป็นมาของเอกภพได้ทั้งหมด แต่ทว่าก่อนที่มหากาพย์การผจญภัยของเราจะเริ่มต้นขึ้น เราก็ต้องสร้างไทม์แมชชีนขึ้นมาเสียก่อน
ไทม์แมชชีนและหน้าต่างสู่จักรวาลของมนุษย์
ท่ามกลางแสงยามบ่ายในช่วงฤดูใบไม้ผลิของปี 1990 ผู้คนหลายสิบล้านคนทั่วโลกต่างนั่งดูการถ่ายทอดสดการปล่อยตัวกระสวยอวกาศ ณ ศูนย์อวกาศเคเนดี้ รัฐฟลอริด้า สหรัฐอเมริกา กันอย่างล้นหลาม เนื่องจากภารกิจนี้ได้ใช้เงินลงทุนจากภาษีประชาชนชาวอเมริกันมากกว่า 15,000 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ หรือประมาณ 50,000 ล้านบาทไทยด้วยกัน ในการส่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ทรงพลังมากพอ ที่จะโอบรับแสงจากยุคดึกดำบรรพ์มากกว่าพันล้านปีได้ เพื่อที่จะตอบคำถามที่ลึกซึ้งที่สุดเท่าที่มนุษยชาติเคยมีมาในประวัติศาสตร์ ว่าทุกสิ่งทุกอย่างในเอกภพถือกำเนิดขึ้นมาได้อย่างไรกันแน่
“ปล่อยตัวกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล หน้าต่างสู่จักรวาลของเรา” ผู้ประกาศจากศูนย์ควบคุมของนาซากล่าว ในขณะที่กระสวยอวกาศพุ่งทะยานออกจากฐานปล่อยอย่างรวดเร็ว ก่อนที่จรวดบูสเตอร์สีขาวด้านข้างทั้งสองจะแยกตัวออก แล้วส่งยานอวกาศขึ้นสู่วงโคจรของโลกได้อย่างสวยงาม หลังจากนั้นกระสวยอวกาศก็ได้เปิดช่องบรรจุสัมภาระออก และปลดกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลที่อยู่ภายในออกมาในที่สุด
ด้วยขนาดหน้าเลนส์ที่กว้างกว่า 2.4 เมตรและอุปกรณ์ตรวจจับแสงระดับแนวหน้าของวงการดาราศาสตร์ ที่สามารถโฟกัสไปยังวัตุห่างไกลได้อย่างแม่นยำ ในระดับที่ว่าหากเราวางเหรียญหนึ่งบาทไว้ห่างจากเราไป 320 กิโลเมตร กล้องโทรทรรศน์ ฮับเบิลก็ยังคงสามารถมองเห็นยอดแหลมของพระศรีรัตนเจดีย์บนเหรียญ 1 บาทได้ เพียงเท่านี้มนุษยชาติก็สามารถสำรวจจักรวาลรอบตัวเราได้ โดยที่ไม่ต้องออกเดินทางไปไหนไกลจากบ้านหลังเล็กจิ๋วของเรา
ตลอดระยะเวลาที่กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลอยู่คู่กับเรามาเป็นเวลายาวนานกว่า 30 กว่าปีมาแล้ว มันก็ได้เผยให้เราเห็นถึงสถานที่ต่าง ๆ มากมายในจักรวาลแห่งนี้ ซึ่งเต็มไปด้วยความยิ่งใหญ่ตระการตาเหนือคณานับ ไม่ว่าจะเป็นกลุ่มแก๊สที่สวยสดงดงาม วิจิตรดุจดั่งภาพวาด หรือความสยดสยองจากลำแสงพลังงานสูงของหลุมดำที่สามารถล้างบางสิ่งมีชีวิตไปได้ไกลกว่าหลายสิบหรือหลายร้อยปีแสงก็ตามที ราวกับว่าเอกภพของเราคือมหาสมุทรแสนกว้างใหญ่ที่มนุษยชาติเพิ่งเริ่มที่จะก้าวลงไปที่ชายหาดเพื่อสัมผัสคลื่นลมเพียงเท่านั้น
และในขณะเดียวกันนี้เอง กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลก็ได้พาเรามองย้อนกลับไปยังอดีต สู่ห้วงทะเลลึกของอวกาศ ออกไปไกลมากขึ้นกว่าเดิม เกินกว่าที่บรรพบุรุษของเราจะจินตนาการได้ ไล่ตั้งแต่ เสาแห่งการก่อกำเนิด โครงสร้างของกลุ่มแก๊สขนาดยักษ์สุดแสนประณีต ที่ได้ทอดสูงขึ้นไปในอวกาศถึง 5 ปีแสง ซึ่งภาพที่เราเห็นนี้ก็มาจากแสงที่ได้เดินทางออกจากเนบิวลานกอินทรีเมื่อราว 7,000 ปีที่แล้ว ก่อนหน้าที่จะมีอารยธรรมใด ๆ ถือกำเนิดขึ้นมาบนโลกของเรา ไปจนถึง กุหลาบแห่งจักรวาล (Arp 273) การเต้นระบำของสรวงสวรรค์ระหว่างกาแล็กซี่ทั้งสอง ซึ่งเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อราว 300 ล้านปีที่แล้ว ในยุคสมัยที่ยังไม่มีไดโนเสาร์เดินไปมาบนผืนทวีป
ต่อมาในค่ำคืนหนึ่งของช่วงปลายปี 2003 นักดาราศาสตร์ก็ได้ตัดสินใจให้กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลหันหน้าไปยังพื้นที่ที่มืดมิดที่สุดบนท้องฟ้า และโฟกัสไปยังจุดที่เล็กมาก ๆ ราว 2.4 ลิปดา (arcminute) หรือเทียบเท่ากับการที่เราเอาปลายปากกาชี้ไปที่จุด ๆ หนึ่งบนท้องฟ้าเพียงเท่านั้น เพื่อรวบรวมแสงจากพื้นที่มืดนั้นเป็นเวลารวมกันกว่า 1 ล้านวินาที ทั้ง ๆ ที่ตามปกติแล้ว เรามักจะใช้กล้องฮับเบิลให้สังเกตสิ่งที่นักดาราศาสตร์รู้จักกันตามบัญชีวัตถุเทหฟากฟ้า ซึ่งได้มาจากข้อมูลของกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินอีกทีหนึ่ง นับได้ว่าการถ่ายภาพไปยังอาณาเขตว่างเปล่าบนอวกาศเป็นเรื่องที่แปลกใหม่มากในยุคสมัยนั้น
แต่จนแล้วจนรอดกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลก็ได้พาเราถลำลึก ทะลวงฝ่าพื้นที่ปริภูมิเวลา ย้อนกลับไปก่อนที่โลกและระบบสุริยะของเราจะถือกำเนิดขึ้นมา พร้อมกับผ่านพ้นดาราจักรยุคดึกดำบรรพ์นับพันล้านแห่ง ซึ่งในแต่ละในกาแล็กซี่นั้น ก็มีดาวฤกษ์ที่เก่าแก่และส่องแสงสว่างอยู่อย่างมากมายเป็นจำนวนนับไม่ถ้วน จนชวนให้เรานึกถึงความเป็นไปได้ของดาวเคราะห์เฉกเช่นโลกอันไร้ที่สิ้นสุด
นี่คือภาพที่มีชื่อว่า Ultra Deepfield หรือภาพอวกาศห้วงลึกที่โด่งดังที่สุดของฮับเบิล ซึ่งใครจะไปคิดว่าพื้นที่ว่างเปล่าสีดำสนิทที่เล็กมาก ๆ บนท้องฟ้านี้ จะถูกเติมเต็มไปด้วยกาแล็กซี่จำนวนมหาศาลหลายหมื่นแห่ง และมาจากหลากหลายช่วงเวลาด้วยกัน
โดยแสงที่เราเห็นในภาพนี้ บ้างก็มาจากดาวฤกษ์สีแดงซีดจางที่อยู่ในกาแล็กซี่ทางช้างเผือกของเราเอง บ้างก็เป็นกาแล็กซี่อันไกลโพ้นที่เราไม่เคยเห็นมาก่อน เหมือนกับว่าเรากำลังเห็นภาพของชาวอียิปต์โบราณที่กำลังสร้างพีระมิด ในขณะที่มีไดโนเสาร์เดินไปมาอยู่ในฉากหลัง ดังนั้นภาพถ่ายห้วงอวกาศลึกของฮับเบิลจึงทำให้นักดาราศาสตร์สามารถเรียงลำดับของการวิวัฒนาการของกาแล็กซี่ได้อย่างน่าอัศจรรย์
การถ่ายภาพตระกูลห้วงอวกาศลึกของฮับเบิลนี้ได้กลายเป็นจุดแรกเริ่มของความพยายามในการเสาะแสวงหากาแล็กซี่ยุคแรกเริ่มที่พึ่งเริ่มก่อตัวขึ้นมา เพื่อที่จะหาคำตอบว่าอาณาจักรของดวงดาวสุกสกาวที่เราเห็นอยู่ในทุกวันนี้นั้นมีจุดเริ่มต้นมาจากไหนกันแน่
จุดหมายปลายทางแห่งสุดท้ายของฮับเบิล
ด้วยการบีบเค้นศักยภาพของโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลจนถึงขีดสุดในปี 2015 เราก็ได้เดินทางมาถึงจุดหมายปลายทางแห่งสุดท้าย ณ กาแล็กซี่ที่ห่างไกลและเก่าแก่ที่สุดเท่าที่เราจะยืนยันได้ในปัจจุบัน ซึ่งมีชื่อว่า GN-z11 โดยมันมีขนาดเพียงแค่ 1 ใน 25 ส่วนของกาแล็กซี่ทางช้างเผือกเท่านั้น แต่มันก็กลับเต็มไปด้วยดาวฤกษ์ยุคแรกเริ่มขนาดยักษ์ ที่ปลดปล่อยพลังงานความร้อนและแสงสว่างจ้าออกมาอย่างรุนแรง จนกลายเป็นแสงสว่างจ้าสีขาวที่เราเห็นบริเวณส่วนตรงกลางภาพ
โดยลำแสงโบราณเหล่านี้นี่เอง ก็ได้เริ่มการเดินทางออกมาจากกาแล็กซี่ GN-z11 เมื่อราว 13,400 ล้านปีที่แล้ว และในขณะเดียวกันกับที่แสงกำลังเดินทางฝ่าห้วงอวกาศอยู่นั้น ทั้งกาแล็กซี่ทางช้างเผือก ดวงอาทิตย์ และโลกของเราเอง ก็ได้ถือกำเนิดขึ้นมา ก่อนที่จะมีลิงไร้หางสายพันธุ์หนึ่ง ได้ประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์แล้วส่งมันออกไปสู่ห้วงอวกาศ เพื่อเก็บเกี่ยวเศษเสี้ยวของลำแสง จากกาแล็กซี่ยุคดึกดำบรรพ์อันไกลโพ้นนี้เอาไว้
เราจึงปฏิเสธไม่ได้เลยว่าการค้นพบกาแล็กซี่ GN-z11 นั้นเป็นหนึ่งในเรื่องราวน่าทึ่งที่สุดของวงการดาราศาสตร์เลยก็ว่าได้ แต่ถึงกระนั้น มันก็กลับไม่ได้บอกเล่าถึงจุดเริ่มต้นของจักรวาลมากนัก และถ้าเกิดเรายิ่งมองผ่าน GN-z11 ออกไปอีก เราก็จะมองไม่เห็นอะไรอีกต่อไป ซึ่งถึงแม้เราจะใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นใหม่อย่าง เจมส์เว็บบ์ ส่องขึ้นไป เราก็อาจจะพอเห็นกาแล็กซี่ที่อยู่ห่างไกลขึ้นไปอีกบ้าง แต่สุดท้ายภาพของกาแล็กซี่ก็จะเริ่มอันตธานหายไปอยู่ดี จนกระทั่งเหลือแต่เพียงดาวฤกษ์ขนาดยักษ์ยุคแรกเริ่มที่กระจัดกระจายออกไปอย่างไร้ทิศทาง และท้ายที่สุดเงามืดก็จะเริ่มทอดตัวไปทั่วจักรวาล
ไม่มีแสงจากวัตถุไหนให้เราสามารถมองเห็นได้อีกต่อไปแล้ว ซึ่งเขตแดนนี้ได้เริ่มต้นขึ้นที่ระยะราว 13,500 ล้านปีแสงจากโลกเป็นต้นไป หรือพูดเป็นอีกนัยหนึ่งได้ว่าเมื่อราว 13,500 ล้านปีที่แล้ว จักรวาลยังไม่มีดาวฤกษ์ถือกำเนิดขึ้นมามอบแสงสว่างให้แก่เอกภพเลยแม้แต่ดวงเดียว นักดาราศาสตร์จึงเรียกช่วงเวลานี้ว่า Cosmic Dark Age หรือยุคมืดของเอกภพ ทำให้ดูเหมือนว่าภารกิจตามหาจุดกำเนิดของเราได้มาถึงครายุติลงเสียแล้ว
แต่ทว่าจักรวาลก็ยังคงทิ้งคำบอกใบ้อะไรบางอย่างเอาไว้ให้กับเรา…
ลำแสงที่สำคัญที่สุดในจักรวาล
เมื่อมองจากพื้นโลก มนุษย์อย่างเราก็อาจคิดว่าดวงดาวสุกสกาวยามค่ำคืนนั้น เป็นสิ่งที่คงอยู่ค้ำฟ้า ไม่มีวันเปลี่ยนแปลง ทั้ง ๆ ที่แท้จริงแล้วดาวฤกษ์ก็ไม่ได้ต่างอะไรไปจากมนุษย์ มีเกิด แก่ เจ็บ ตาย โดยที่ไม่อาจต้านทานกระแสเวลาที่ก้าวเดินไปข้างหน้าอย่างไร้ปราณีได้ สักวันหนึ่งดวงอาทิตย์ของเราเอง ก็ต้องจบชีวิตลงเช่นกัน
และถ้าหากย้อนกลับไปในขณะที่กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลกำลังประจำการอยู่บนวงโคจรของโลกเมื่อช่วงต้นปี 2018 มันก็ได้จับจ้องไปยังกาแล็กซี่แสนห่างไกลกว่า 70 ล้านปีแสง เพื่อสังเกตการณ์สิ่งที่เราเรียกว่า “ดาวแคระขาว” หรือเศษซากของดวงดาวที่ตายไปแล้ว ซึ่งเป็นแกนกลางของดาวฤกษ์ที่ยังคงหลงเหลืออยู่จากการระเบิดครั้งใหญ่เมื่อสิ้นอายุขัย โดยนักดาราศาสตร์บนโลกก็ต่างรู้ดีว่าเหตุการณ์บางอย่างที่กำลังจะเกิดขึ้นต่อจากนี้จะเป็นกุญแจดอกสำคัญที่ช่วยให้เราเข้าใจถึงจุดกำเนิดของเอกภพได้
ครั้งหนึ่งในอดีตดาวแคระขาวก็เคยมีมวลมากกว่าโลกเป็นล้านเท่า แต่ก็กลับถูกบีบอัดด้วยแรงดันมหาศาลจนมีขนาดไม่ต่างจากโลกมากนัก ซึ่งการกำเนิดใหม่จากความตายที่แปลกประหลาดของดาวแคระขาวนี้ ก็ต้องแลกมากับความสมดุลอันแสนเปราะบาง ระหว่างแรงดันภายใน (Electron Degeneracy Pressure) กับแรงโน้มถ่วงภายนอกที่พยายามต่อสู้กันอยู่ตลอดเวลา ทำให้ดาวแคระขาวไม่ต่างอะไรจากระเบิดเวลา ที่รอโชคชะตาเล่นตลกนำพาดาวแคระขาวไปสู่เส้นทางแห่งการทำลายล้างอันทรงพลังอย่างไม่มีวันหวนคืน
เมื่อมีดาวฤกษ์ดวงอื่นเคลื่อนที่ล้ำเข้ามาในอาณาเขตของดาวแคระขาวมากจนเกินไป ดาวแคระขาวก็จะเริ่มดูดกลืนมวลสารของดาวฤกษ์ผู้โชคร้ายเข้าไปอย่างรวดเร็ว คล้ายกับหลุมดำอย่างไรอย่างนั้น ซึ่งเหตุการณ์นี้มักจะเกิดขึ้นกับระบบดาวคู่เป็นส่วนใหญ่ กรณีที่ดาวฤกษ์ฝ่ายใดฝ่ายหนึ่งกลายเป็นดาวแคระขาวไปเสียก่อน และถ้าเกิดว่ามีดาวเคราะห์โคจรอยู่รอบดาวฤกษ์เหล่านั้น สิ่งมีชีวิตใด ๆ ที่ถือกำเนิดขึ้นมาก็ไม่อาจสามารถอยู่อาศัยได้อีกต่อไป
จนกระทั่งทันทีที่ดาวแคระขาวมีมวลเพิ่มขึ้นราว 1.44 เท่าของดวงอาทิตย์ ซึ่งได้ผ่านพ้นจุดวิกฤตทางกลศาสตร์ควอนตัม ที่นักฟิสิกส์เรียกว่า ขีดจำกัดจันทรสิกขา (Chandrasekhar limit) ออกไป ความสมดุลของดาวแคระขาวก็ได้ถูกทำลายลง และแล้วหนึ่งในปฏิกริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นที่รุนแรงที่สุดในเอกภพจึงได้เริ่มจุดชนวนขึ้นมา
ซึ่งใครจะไปคิดว่าในอีก 70 ล้านปีต่อมา ลำแสงจากการระเบิดครั้งนั้นจะตกลงมาบนเซนเซอร์ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่มีชื่อว่า ฮับเบิล
ดวงดาวที่มีขนาดพอ ๆ กับโลก ได้จบชีวิตลงเป็นครั้งที่สองด้วยการระเบิดครั้งมโหฬาร ซึ่งได้ส่องแสงสว่างลุกวาบยิ่งกว่าดวงอาทิตย์ของเราถึงหนึ่งพันล้านเท่า ถึงขนาดที่ว่าแสงจากใจกลางดาราจักรบ้านเกิดของมันก็ไม่สามารถเอาชนะความสว่างนี้ได้ ทำให้กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลสามารถบันทึกเหตุการณ์นี้ได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลายาวนานเกือบ 1 ปีด้วยกัน แม้ว่ามันจะเกิดขึ้นห่างจากเราไปกว่า 70 ล้านปีแสงก็ตามที นักดาราศาสตร์จึงเรียกการระเบิดในลักษณะนี้ว่า “ซุปเปอร์โนวาประเภท 1a” (Type la Supernova) แสงสว่างที่ช่วยให้เราเข้าใจความเป็นมาของเอกภพอย่างแท้จริง
โดยซุปเปอร์โนวาประเภท 1a มีความพิเศษอยู่ที่ว่า มันจะปลดปล่อยคลื่นแสงที่มีเอกลักษณ์ พร้อมกับพลังงานและความสว่างออกมาในระดับที่ใกล้เคียงกันอยู่เสมอ เนื่องจากผลของ ขีดจำกัดจันทรสิกขา (Chandrasekhar limit) ที่เป็นคุณสมบัติทางกลศาสตร์ควอนตัมได้ระบุไว้ว่า ปฏิกริยาแบบระเบิดนิวเคลียร์ฟิวชั่นจะเริ่มเกิดขึ้นทันทีเมื่อดาวแคระขาวมีมวลเพิ่มขึ้นไปแตะอยู่ที่ระดับประมาณ 1.44 เท่าของมวลดวงอาทิตย์
ดังนั้นเราจึงสามารถใช้แสงจากซุปเปอร์โนวาประเภท 1a เป็นประโยชน์ในการคำนวณระยะทางของกาแล็กซี่ที่เกิดการระเบิดขึ้นได้อย่างแม่นยำ ผ่านการสังเกตความสว่างที่แปรผันตามระยะทาง หรือก็คือถ้าแสงสว่างจ้ามาก ก็แสดงว่าการระเบิดนั้นอยู่ใกล้โลก ในขณะที่แสงสลัวก็หมายความว่าอยู่ไกลกว่านั่นเอง อีกทั้งการระเบิดของดาวแคระขาวนั้นก็ส่องสว่างเสียจนเราสามารถเห็นแสงออกได้ไกลเป็นหมื่นล้านปีแสงไปจนถึงขอบของเอกภพที่เราสังเกตได้ แถมยังเกิดขึ้นบ่อยทั่วจักรวาลเพียงพอที่จะช่วยให้เราเรียงลำดับการวิวัฒนาการของเอกภพได้อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน แต่ทว่ามันก็ยังมีข้อมูลบางอย่างอีกชุดหนึ่ง ซุกซ่อนอยู่ภายใต้แสงของซุปเปอร์โนวาประเภท 1a นี้เอาไว้
เมื่อนักดาราศาสตร์สังเกตการระเบิดในกาแล็กซี่ห่างไกลนอกกลุ่มดาราจักรเพื่อนบ้านของเราออกไป พวกเราก็พบว่าแสงมีสีแดงมากขึ้นอย่างแปลกประหลาด ราวกับว่ายิ่งต้นกำเนิดของซุปเปอร์โนวาประเภท Ia อยู่ห่างจากโลกมากเท่าใด แสงก็ยิ่งแดงมากขึ้นเป็นทวีคูณมากขึ้นเท่านั้น เราจึงเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า “เรดชิฟท์” (Red Shift) ซึ่งแสงนั้นก็มีช่วงคลื่น หากเป็นคลื่นสั้นก็จะเป็นสีโทนน้ำเงินม่วง และคลื่นยาวก็จะไปทางสีแดง ดังนั้นจึงหมายความว่าคลื่นแสงที่เดินทางมาหาเราจากกาแล็กซี่ห่างไกลกำลังถูกอะไรบางอย่างถ่างออก ซึ่งก็คงไม่มีคำอธิบายไหนดีไปกว่า พื้นที่ของกาลอวกาศเองกำลังยืดตัวมันออกอยู่ตลอดเวลา หรือก็คือทั้งจักรวาลของเรากำลังขยายตัวอยู่ และยังขยายตัวเร็วมากขึ้นกว่าเดิมในทุก ๆ วันอีกด้วย
นี่จึงเป็นหลักฐานชิ้นสำคัญที่สุดในภารกิจค้นหาจุดกำเนิดของจักรวาลเป็นอย่างมาก เพราะถ้าหากในวันรุ่งขึ้นทุกสิ่งทุกอย่างกำลังเคลื่อนที่ออกจากกัน ไปไกลขึ้นเรื่อย ๆ จริง ๆ แล้วล่ะก็ เราก็สามารถตีความได้ว่าเมื่อวานกับวันก่อน ๆ ทุกสิ่งทุกอย่างก็ต้องเคยอยู่ใกล้กันมากกว่านี้ หรือชิดเชื้อกันยิ่งกว่าเดิมในปีก่อน ๆ หน้า ใกล้กันมากขึ้น และมากขึ้นในทุก ๆ ครั้งที่เราย้อนกลับไปหาอดีต ก่อนหน้าที่โลกและระบบสุริยะของเราจะถือกำเนิดขึ้นมา ในยุคสมัยที่จะไม่มีกาแล็กซี่ใด ๆ ส่องแสงสว่างให้แก่จักรวาล จนกระทั่งเราเดินทางมาถึงช่วงเวลาที่โด่งดังที่สุดในประวัติศาสตร์ของเอกภพ ณ จุดเริ่มต้นของกาลเวลาและสรรพสิ่งที่เราเคยรู้จัก
ทฤษฎีบิ๊กแบง
จักรวาลของเราช่างเป็นสถานที่ที่สวยงามและเต็มไปด้วยความหลากหลายทางสสารอย่างไม่น่าเชื่อ ไม่ว่าจะเป็นกาแล็กซี่สุดตระการตา หรือดาวฤกษ์ขนาดยักษ์ที่กำลังส่องแสงสว่างโชติช่วงชัชวาล ไปจนถึงดาวเคราะห์อีกนับล้านดวง ที่ยังคงรอคอยการค้นพบของเราอยู่อย่างมากมาย แต่มีเพียงสิ่งเดียวที่ไม่ได้ทำให้จักรวาลเป็นสถานที่รกร้างว่างเปล่าอันไร้ที่สิ้นสุด ซึ่งก็คือสิ่งชีวิต ที่ได้ถือกำเนิดขึ้นมาชื่นชมความงดงามของเอกภพนี้ได้ มันจึงเป็นเรื่องยากเสียเหลือเกินที่เราจะเชื่อว่าทุกสิ่งทุกอย่างที่เราเห็นในจักรวาลนี้ เคยถูกอัดแน่นไว้อยู่ภายในจุด ๆ เดียวกันมาก่อน ภายในพื้นที่ที่เล็กมาก ๆ อย่างมหาศาล เกินกว่ากว่าที่สมองของมนุษย์จะจินตนาการได้
อีกทั้งเรายังไม่รู้ด้วยซ้ำว่า บิ๊กแบง คือจุดเริ่มต้นของจักรวาลจริง ๆ หรือไม่ แต่ที่แน่ ๆ เหตุการณ์นั้นก็ได้เกิดขึ้นและเป็นส่วนสำคัญในกระบวนการวิวัฒนาการของเอกภพตลอดมาจนถึงปัจจุบัน เพราะบิ๊กแบงได้คอยกำกับทุก ๆ กาแล็กซี่ ดาวฤกษ์ และดาวเคราะห์ หรือแม้แต่กระทั่งชีวิตของเราเองว่าจะถือกำเนิดมาได้อย่างไรกันแน่ แล้วเราพิสูจน์ได้อย่างไรกันเล่า ว่าปรากฏการณ์บิ๊กแบงเคยเกิดขึ้นจริง เมื่อ 13,800 ล้านปีก่อน ไม่ได้เป็นการสรุปที่เกิดจากการคาดเดาอย่างผิวเผินจากข้อเท็จจริงที่ว่าเอกภพกำลังขยายตัวอยู่ตลอดเวลาเพียงเท่านั้น ซึ่งคำตอบก็คือเราเคยเห็นมัน เราเคยเห็นเศษซากฟอสซิลที่หลงเหลืออยู่จากบิ๊กแบง
ณ ศูนย์อวกาศเฟรนช์เกียน่า ในปี 2009 หนึ่งในภารกิจที่สำคัญที่สุดในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ชาติก็ได้เริ่มต้นขึ้น ด้วยการปล่อยจรวดอารีอานเน่ 5 ที่ทรงพลังที่สุดขององค์กรอวกาศสหภาพยุโรปไปยังห้วงอวกาศ สำหรับการปลดปล่อยกล้องโทรทรรศน์ที่มีชื่อว่า “พลังค์” ออกมาให้ไปประจำการอยู่ที่จุดลากรางจ์ที่ 2 ในระยะราว 1,500,000 กิโลเมตรห่างจากโลก ซึ่งเป็นจุดเดียวกับที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ โคจรอยู่ในปัจจุบัน
เมื่อกล้องโทรทรรศน์อวกาศพลังค์ เดินทางมาถึงจุดหมายปลายทางเรียบร้อยแล้ว มันก็ได้ทำการแสกนจักรวาลรอบตัวมันตลอดทั้ง 360 องศา เพื่อเก็บเกี่ยวแสงสว่างให้ได้มากที่สุดเท่าที่มันจะทำได้ แต่แสงที่กล้องโทรทรรศน์พลังค์กำลังหาอยู่นั้น ไม่ใช่แสงสว่างจากแล็กซี่หรือดวงดารา แต่เป็นแสงจากจุดเริ่มต้นของกาลเวลาต่างหาก
ภาพด้านล่างนี้คือภาพรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพ (CMBR) แสงเรืองค้างส่องสลัวที่กระจายตัวไปทั่วจักรวาล ซึ่งได้ถูกยืดออกไปจากย่านคลื่นแสงที่สายตาเรามองเห็นได้อยู่มาก และมักจะปรากฏได้ชัดในย่านไมโครเวฟเป็นส่วนใหญ่ โดยได้รับการยืนยันอย่างชัดเจนตั้งแต่ปี 1965 แล้วว่าคลื่นไมโครเวฟไม่ได้เดินทางมาจากภายในกาแล็กซี่ทางช้างเผือกของเราอย่างแน่นอน อีกทั้งยังมีต้นกำเนิดก่อนหน้าช่วงเวลาที่ดวงดาวและกาแล็กซี่ใด ๆ จะถือกำเนิดขึ้นมาอีกด้วย ทฤษฎีที่ว่าครั้งหนึ่งทุกสิ่งทุกอย่างในเอกภพเคยถูกบีบอัดในสถานที่ที่เล็กมาก ๆ ก่อนที่จะมีการขยายตัวออกอย่างรวดเร็ว หรือทฤษฎีบิ๊กแบง จึงสามารถอธิบายการมีอยู่ของรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพได้อย่างชัดเจนที่สุด
โดยภาพจากกล้องโทรทรรศน์พลังค์ที่ได้ถ่ายมาให้เราเห็นในปี 2012 นั้น เป็นภาพรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพที่มีความละเอียดมากที่สุดที่เราเคยถ่ายมาในประวัติศาสตร์ ซึ่งเราสามารถวิเคราะห์รังสีไมโครเวฟนี้ได้ละเอียดเพียงพอจนสามารถคำนวณได้ว่ารังสีนี้เกิดขึ้นเมื่อประมาณ 370,000 ปีหลังจากบิ๊กแบง ในช่วงที่เอกภพมีอุณหภูมิเริ่มต่ำลง จึงทำให้โฟตอนของแสงสามารถเดินทางได้อย่างอิสระไปในทุกทิศทาง
แถมเรายังรู้อีกด้วยว่าในช่วงนั้น เอกภพของเรามีอุณหภูมิเฉลี่ยแทบจะเท่ากันทั้งหมดในทุกบริเวณที่ประมาณ 3,000 เคลวิน (2,726 องศาเซลเซียส) ซึ่งได้ช่วยสนับสนุนทฤษฎีบิ๊กแบงไปอีกขั้น ว่าทุกอย่างเคยอยู่ใกล้ชิดติดกันมาก่อน มิฉะนั้นอุณหภูมิก็จะไม่สามารถกระจายอย่างเท่า ๆ กันได้ ก่อนที่จะลดต่ำลงมาเหลือเฉลี่ยราว 2.725 เคลวิน หรือประมาณ – 270 องศาเซลเซียสในปัจจุบัน อันเป็นผลมาจากการขยายตัวของเอกภพ
และถ้าหากเราย้อนกลับไปเมื่อหลายสิบปีก่อนหน้าในยุคสมัยที่พวกเรายังคงจ้องหน้าจอโทรทัศน์อะนาล็อกรูปทรงอ้วนนูนกันอยู่ รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพก็ยังเป็นหนึ่งในสาเหตุประมาณร้อยละ 1 ที่ส่งผลให้เกิดภาพจุดสีขาวดำพร้อมกับเสียงซู่ซ่า (noise) เป็นฉากหลังปรากฏขึ้นมาในช่วงที่สัญญาณจากสถานีขาดหายไป หรือแม้แต่เสียงซ่าบนวิทยุของเราในปัจจุบันก็เช่นกัน
มิหนำซ้ำเซนเซอร์ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศพลังค์ยังทรงพลังเพียงพอที่เราจะสามารถแยกความต่างของอุณหภูมิในช่วงเริ่มแรกของเอกภพได้อย่างชัดเจน ผ่านสีสันหลากหลายที่ปรากฏอยู่บนภาพ แม้ในแต่ละพื้นที่จะมีความต่างห่างกันเพียงแค่ไม่ถึง 1 เคลวินก็ตาม โดยส่วนสีส้มที่ร้อนกว่านั้นก็คือส่วนที่สสารอยู่เยอะซึ่งจะมารวมตัวกันเป็นดาราจักร ในขณะที่ส่วนสีน้ำเงินที่เย็นกว่าเพียงเล็กน้อยก็จะกลายมาเป็นพื้นที่มืดมิดว่างเปล่าระหว่างกลุ่มกระจุกกาแล็กซี่
ดังนั้นในทรรศนะของผู้เขียนแล้วภาพรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพจึงเป็นภาพที่มีความสำคัญมากที่สุดในประวัติศาสตร์ของมวลมนุษยชาติ เพราะถ้าหากเอกภพปราศจากความผันผวนเพียงเล็กน้อยนี้แม้แต่เพียงนิดเดียว กาแล็กซี่และดวงดาวต่าง ๆ ก็จะไม่ถือกำเนิดขึ้นมาหรือก็คือเราก็จะไม่สามารถลืมตาตื่นขึ้นมาในจักรวาลนี้ได้เลย จนกระทั่งในที่สุดเราก็สามารถตอบคำถามที่บรรพบุรุษของเราไขว่คว้ามาเป็นระยะเวลายาวนานหลายชั่วอายุคนได้เสียที ว่าจักรวาลนี้กำเนิดขึ้นมาได้อย่างไรกันแน่ ซึ่งสิ่งที่เราจะได้อ่านกันต่อไปนี้ก็คือ “ตำนานการสร้างโลกที่บอกเล่าโดยวิทยาศาสตร์”
ตำนานการสร้างโลกที่บอกเล่าโดยวิทยาศาสตร์
ในปฐมกาล เข็มนาฬิกาของเอกภพก็เริ่มกระดิกขึ้น พร้อมกับพื้นที่ปริภูมิเวลาที่ได้ถือกำเนิดขึ้นมาและเริ่มขยายตัวออกมาจากความเปล่า หลังจากนั้นก็มีกลไกลึกลับบางอย่างทำให้เอกภพเกิดพองตัวอย่างรวดเร็วเสียยิ่งกว่าความเร็วแสงภายในระยะเวลาเพียงแค่เศษ 1 ใน 1 พันล้าน ล้าน ล้าน ล้าน ล้าน ส่วนของวินาที จากระยะทางระดับอนุภาคยืดออกกลายเป็นระยะทางระดับกาแล็กซี่ การพองตัวในช่วงจุดกำเนิดอันร้อนแรงของเอกภพหรือ Inflation นี้ทำให้อุณหภูมิพื้นหลังของอวกาศลดต่ำลง และให้กำเนิดอนุภาคมูลฐานในเวลาต่อมา จนกระทั่งในอีก 250 ล้านปีให้หลัง พื้นที่ที่เต็มไปด้วยกลุ่มแก๊สมหาศาลก็เริ่มที่จะยุบตัวลง ก็กำเนิดเป็นดาวฤกษ์สุกสกาวสีฟ้าดวงแรกที่ส่องแสงสว่างและมอบความอบอุ่นให้แก่จักรวาล
ต่อมาเมื่อดวงดาวเริ่มมีจำนวนมากขึ้น พลังของแรงโน้มถ่วงก็ได้ดึงดูดกระจุกดาวเข้ามาไว้ด้วยกัน กลายเป็นอาณาจักรแห่งดวงดารา ทำให้กาแล็กซี่ยุคแรกเริ่มอย่าง GN-z11 ก็ได้เฉิดฉายอย่างยิ่งใหญ่จากการรวมตัวกันของดาวฤกษ์นับล้านดวง และในอีก 13,000 ล้านปีให้หลังก็ได้มีดาวฤกษ์ดวงหนึ่งจุดประกายขึ้นมาเป็นครั้งแรก ณ ชายขอบของทางช้างเผือก ซึ่งก็คือดวงอาทิตย์ของเรา ไม่นานหลังจากนั้นก็ได้มีดาวเคราะห์อีก 8 ดวงเข้าร่วมเป็นครอบครัวเดียวกันของดวงอาทิตย์ ซึ่งก็รวมไปถึงเคราะห์สีน้ำเงินดวงเล็ก ๆ ดวงหนึ่ง ที่ถือกำเนิดขึ้นมาจากความบังเอิญของเหตุการณ์ทั้งหมดนี้
บทส่งท้าย
มนุษย์อย่างเรานั้นช่างเป็นเผ่าพันธุ์ที่ช่างสงสัยและพยายามหาคำตอบในเรื่องต่าง ๆ เสมอมา แม้แต่เรื่องจุดกำเนิดของเอกภพ เราก็ได้ตั้งสมมติฐานด้วยทฤษฎีมากมาย จนกระทั่งเรามีศักยภาพเพียงพอที่จะส่งยานอวกาศจำนวนมากมายออกไปสังเกตการณ์ ก่อนที่จะนำข้อมูลที่ได้มาวิเคราะห์ และพิสูจน์ทฤษฎีว่าบิ๊กแบงเป็นหนึ่งในกระบวนการวิวัฒนาการของเอกภพ อย่างแน่นอน ซึ่งการที่เรายืนยันได้ว่าบิ๊กแบงเคยเกิดขึ้นจริงก็ได้นำพาเราไปสู่ปริศนาที่ท้าทายมากขึ้นกว่าเดิม ไม่ว่าจะเป็นการหาสาเหตุของการเกิดบิ๊กแบง หรือก่อนหน้าบิ๊กแบงมีอะไรอยู่กันแน่ก็ตามที
ถึงแม้ในท้ายที่สุดแล้ว เราจะไม่ได้มีความสำคัญอะไรต่อจักรวาลที่กว้างใหญ่นี้ อีกทั้งร่างกายของเราก็เป็นเพียงแค่กลุ่มอะตอมธรรมดากลุ่มหนึ่ง ที่เกิดขึ้นมาจากผลพวงของเหตุการณ์เมื่อ 13,800 ล้านปีที่แล้ว แต่ทว่าอะตอมในร่างกายของเรานั้น ก็ได้เรียงตัวกันได้อย่างน่ามหัศจรรย์เกินกว่าสิ่งอื่นใดในจักรวาล จากแสงสว่างโชติช่วงกลายเป็นชีวิตบนจุดสีน้ำเงินซีดจางนี้
“มันคงไม่มีสวรรค์หรือชีวิตหลังความตายอะไรทั้งนั้น พวกเราต่างมีเพียงชีวิตเดียว ที่จะได้ชื่นชมการออกแบบที่ยิ่งใหญ่ของจักรวาล และผมก็ปลาบปลื้มยินดีกับเรื่องนี้”
สตีเฟ่น ฮอว์กิ้ง
Ole Roemer and the Speed of Light
