การโป่งพอง...ของเอกภพ

สัปดาห์ที่ผ่านมามีข่าวใหญ่ในวงการดาราศาสตร์ฟิสิกส์ เมื่อนักดาราศาสตร์รายงานการค้นพบหลักฐานสำคัญที่สนับสนุนว่าหลังจุดกำเนิด เอกภพได้มีการขยายตัวอย่างรวดเร็วภายในเวลาสั้นๆ ตามทฤษฎีบิกแบง

การสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ทำให้พบว่าเอกภพกำลังขยายตัว ยิ่งดาราจักรอยู่ห่างไกลออกไปมากเท่าใด ก็เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมากขึ้นเท่านั้น แสดงว่าในอดีตดาราจักรต่างๆ เคยอยู่ใกล้กันมากกว่านี้ เอกภพเคยมีขนาดเล็กกว่านี้ และเมื่อย้อนไปถึงเวลาหนึ่ง ปริมาตรของเอกภพต้องเล็กมากจนเข้าใกล้ศูนย์ นั่นคือจุดกำเนิดของเอกภพ

ทฤษฎีบิกแบง (Big Bang) อธิบายว่า เอกภพกำเนิดขึ้นเมื่อราว 1.38 หมื่นล้านปีก่อน หลังจากนั้นมีเหตุการณ์ต่างๆ เกิดขึ้นมากมาย ก่อนที่เอกภพจะมีสภาพอย่างในปัจจุบัน ทฤษฎีระบุว่า เสี้ยววินาทีหลังบิกแบง เอกภพขยายใหญ่ขึ้นอย่างมหาศาลภายในเวลาที่สั้นมากในระดับเสี้ยวของเสี้ยววินาที ซึ่งหากเขียนเป็นตัวเลขจะมี 0 หลายตัวตามหลังจุดทศนิยม เรียกปรากฏการณ์นี้ว่าการโป่งพอง (Inflation) นับเป็นการพองตัวอย่างรวดเร็วและฉับพลันของเอกภพ

พ.ศ. 2507 อาร์โน เพนเซียส และ รอเบิร์ต วิลสัน ค้นพบคลื่นรบกวนบนท้องฟ้าที่มีความเข้มสูงสุดในคลื่นไมโครเวฟ ซึ่งต่อมาพบว่านั่นคือสิ่งที่หลงเหลือมาจากช่วงต้นๆ ของการกำเนิดเอกภพตามทฤษฎีบิกแบง ตรงกับที่นักเอกภพวิทยาได้พยากรณ์ไว้ก่อนหน้านั้นหลายปี เรียกว่าไมโครเวฟพื้นหลัง หรือซีเอ็มบี (cosmic microwave background หรือ CMB) มีอุณหภูมิประมาณ 2.7 เคลวิน อันเป็นหลักฐานสำคัญชิ้นแรกๆ ที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบง และทำให้ทั้งสองได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์

ตามทฤษฎี ไมโครเวฟพื้นหลังเป็นแสงที่เกิดขึ้นหลังบิกแบงประมาณ 380,000 ปี เราไม่เห็นสิ่งที่เกิดขึ้นก่อนเวลานั้น เพราะก่อนหน้านั้นเอกภพร้อนและทึบจนแสงไม่สามารถเดินทางผ่านได้ ไมโครเวฟพื้นหลังปรากฏอยู่ทั่วท้องฟ้าในทุกทิศทุกทาง อุณหภูมิของไมโครเวฟพื้นหลังเกือบจะราบเรียบสม่ำเสมอ มีการแปรผันเพียงเล็กน้อย นักเอกภพวิทยาคาดว่าการศึกษาไมโครเวฟพื้นหลังจะสามารถบ่งบอกถึงสภาพของเอกภพในอดีตและพยากรณ์อนาคตของเอกภพได้

นักดาราศาสตร์สนใจศึกษารูปแบบของไมโครเวฟพื้นหลัง เนื่องจากในทางทฤษฎี การโป่งพองของเอกภพจะทำให้เกิดคลื่นที่เรียกว่าคลื่นความโน้มถ่วง (Gravitational Wave) อันเป็นการกระเพื่อมของปริภูมิเวลา (SpaceTime) และสิ่งที่ใช้ยืนยันได้ว่ามีคลื่นนี้เกิดขึ้นจริงก็คือสมบัติของคลื่นที่เรียกว่าโพลาไรเซชัน

โพลาไรเซชันของคลื่นความโน้มถ่วงเมื่อเอกภพโป่งพองมีลักษณะเฉพาะที่เรียกว่าโพลาไรเซชันโหมดบี (B mode polarization) นักวิทยาศาสตร์หลายทีมได้พยายามตรวจจับปรากฏการณ์นี้ในไมโครเวฟพื้นหลัง หนึ่งในนั้นคือทีมนักดาราศาสตร์ที่มาจากหลายสถาบันในสหรัฐอเมริกา พวกเขาใช้กล้องโทรทรรศน์ไบเซป (BICEP ย่อมาจาก Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) ซึ่งตั้งอยู่ที่สถานีขั้วโลกใต้บนทวีปแอนตาร์กติกา ในการศึกษาไมโครเวฟพื้นหลัง สัปดาห์ที่แล้วทีมไบเซป 2 รายงานการค้นพบโพลาไรเซชันดังกล่าว โดยแถลงว่าผลการวัดมีความน่าเชื่อถือทางสถิติสูง

การค้นพบนี้ดูจะเป็นข่าวใหญ่ทางวิทยาศาสตร์ไปทั่วโลก แต่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์บางส่วนก็ยังรู้สึกว่าความน่าเชื่อถือในเชิงสถิติของผลการวัดอาจยังไม่ดีพอ เพราะโพลาไรเซชันโหมดบีไม่ได้เกิดในคลื่นความโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียว แต่สามารถเกิดขึ้นได้จากปรากฏการณ์เลนส์โน้มถ่วง ซึ่งเป็นการหักเหของแสงเนื่องจากความโน้มถ่วงของดาราจักรห่างไกลที่คั่นอยู่ระหว่างไมโครเวฟพื้นหลังกับผู้สังเกตก็ได้ จึงควรรอผลจากเครื่องมือที่มีความละเอียดสูงมากกว่านี้

หากในอนาคต การค้นพบโพลาไรเซชันโหมดบีในไมโครเวฟพื้นหลังได้รับการยืนยันว่าเกิดจากคลื่นความโน้มถ่วงอย่างแท้จริง นั่นจะแสดงว่ามีคลื่นความโน้มถ่วงเกิดขึ้นระหว่างการโป่งพองของเอกภพ ทฤษฎีบิกแบงก็จะมีน้ำหนักมากขึ้นในฐานะที่สามารถอธิบายการกำเนิดของเอกภพได้สอดคล้องกับผลการสังเกต ซึ่งนับเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญมากครั้งหนึ่งในวิชาดาราศาสตร์สาขาเอกภพวิทยา