คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าจักรวาลอันกว้างใหญ่ของเรามีจุดกำเนิดอย่างไร? นักวิทยาศาสตร์เองก็เฝ้าตั้งคำถามนี้มาเนิ่นนาน และหนึ่งในกุญแจสำคัญที่ช่วยไขความลับนี้ก็คือ รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพ (Cosmic Microwave Background) ซึ่งมักเรียกโดยย่อว่า CMB
CMB คือแสงริบหรี่ที่หลงเหลือมาจากยุคแรกเริ่มของเอกภพ เปรียบเสมือน “เสียงสะท้อน” หรือ “แสงแรก” จากเหตุการณ์บิกแบง (Big Bang) ซึ่งเป็นทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดเกี่ยวกับการกำเนิดเอกภพ แสงนี้เดินทางผ่านอวกาศมาเป็นเวลานานเกือบ 13,800 ล้านปี จนมาถึงเราในปัจจุบัน
แสงแรกแห่งจักรวาล
ในช่วงแรกเริ่มหลังเกิดบิกแบง เอกภพมีอุณหภูมิสูงและหนาแน่นอย่างยิ่งยวด เต็มไปด้วยความร้อนระอุของอนุภาคมูลฐานอย่างโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน ในสภาวะเช่นนี้ แสงหรือโฟตอน (photon) ไม่สามารถเดินทางเป็นเส้นตรงได้ไกลนัก เพราะจะชนกับอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่อย่างอิสระอยู่ตลอดเวลา ทำให้เอกภพในยุคนั้นมีลักษณะทึบแสง คล้ายกับหมอกหนาทึบ
จนกระทั่งเวลาผ่านไปประมาณ 380,000 ปี เอกภพได้ขยายตัวและเย็นลงจนมีอุณหภูมิประมาณ 2,700 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นจุดที่โปรตอนและนิวตรอนสามารถจับตัวกับอิเล็กตรอน กลายเป็นอะตอมไฮโดรเจนและฮีเลียมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าได้สำเร็จ เมื่ออิเล็กตรอนอิสระหายไป แสงหรือโฟตอนจึงสามารถเดินทางเป็นเส้นตรงได้อย่างอิสระเป็นครั้งแรก ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การรวมตัวอีกครั้ง (Recombination) แสงที่ถูกปลดปล่อยออกมาในยุคนี้เองคือสิ่งที่เรารู้จักกันในชื่อ CMB
เมื่อเวลาผ่านไป เอกภพยังคงขยายตัวและเย็นลงอย่างต่อเนื่อง ทำให้แสงแรกเริ่มนี้สูญเสียพลังงานไปเรื่อยๆ ความยาวคลื่นของมันจึงยืดออก จากแสงที่มองเห็นได้กลายมาเป็นรังสีไมโครเวฟที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า และมีอุณหภูมิเฉลี่ยในปัจจุบันเพียงแค่ประมาณ 2.725 เคลวิน หรือประมาณ -270.4 องศาเซลเซียสเท่านั้น
การค้นพบ CMB ในปี ค.ศ. 1965 โดย อาร์โน เพนเซียส (Arno Penzias) และ โรเบิร์ต วิลสัน (Robert Wilson) วิศวกรจากเบลล์ แล็บส์ (Bell Labs) ถือเป็นหนึ่งในการค้นพบทางดาราศาสตร์ที่สำคัญที่สุดในศตวรรษที่ 20 ในตอนแรก พวกเขาตรวจพบสัญญาณรบกวนคล้ายเสียงซ่าที่มีอยู่ทุกทิศทุกทางบนท้องฟ้า ไม่ว่าจะหันสายอากาศไปทางไหนก็ตาม และหลังจากตรวจสอบจนแน่ใจว่าไม่ใช่สัญญาณรบกวนจากโลก พวกเขาก็ได้ข้อสรุปว่านี่คือรังสีที่มาจากนอกกาแล็กซีของเรา ซึ่งต่อมาได้รับการยืนยันว่าเป็น CMB การค้นพบนี้เป็นหลักฐานชิ้นเอกที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบงอย่างแข็งแกร่ง และทำให้เพนเซียสและวิลสันได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1978
ภาพแผนที่ CMB ที่ได้จากดาวเทียมสำรวจอย่าง COBE, WMAP และ Planck ขององค์การนาซา (NASA) และองค์การอวกาศยุโรป (ESA) ได้เผยให้เห็นความผันผวนของอุณหภูมิเพียงเล็กน้อยในตำแหน่งต่างๆ บนท้องฟ้า ซึ่งความแตกต่างเพียงน้อยนิดนี้เอง ที่เปรียบเสมือนเมล็ดพันธุ์ที่ก่อให้เกิดโครงสร้างขนาดใหญ่ของเอกภพที่เราเห็นในปัจจุบัน เช่น กาแล็กซีและกระจุกกาแล็กซี
ดังนั้น “รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพ” จึงไม่ใช่เป็นเพียงแค่แสงจางๆ จากอดีต แต่เป็นหน้าต่างบานสำคัญที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถมองย้อนกลับไปศึกษาเอกภพในวัยเยาว์ ทำความเข้าใจองค์ประกอบ การขยายตัว และวิวัฒนาการของจักรวาลของเราได้อย่างลึกซึ้ง
ข้อมูลอ้างอิง: NASA Science
- Cosmic Microwave Background
