จักรวาลที่เรารู้จักกันทุกวันนี้นั้น มีลักษณะเป็นก้อนแห่งความวุ่นวายที่มีอายุมากแล้ว บรรจุไว้ด้วยอนุภาค คลื่นหรือรังสีย่านต่างๆ ของแสง และก็ไม่มีใครรู้ว่ายังมีสิ่งใดซ่อนอยู่อีกหรือไม่ อย่างไรก็ตาม จักรวาลไม่ได้มีลักษณะแบบนี้มาตั้งแต่แรก นักจักรวาลวิทยาเชื่อว่า ณ ที่แห่งใดแห่งหนึ่งเมื่อราว 14 พันล้านปีก่อน (ตอนนั้นจักรวาลมีอายุเพียงไม่กี่ไมโครวินาที) จักรวาลมีลักษณะเป็นซุปร้อนยิ่งยวด ของอนุภาคปรมาณูย่อย(subatomic particle) ที่เรียกกว่า ควาร์ก (อันเป็นต้นกำเนิดของอนุภาคโปรตอน) โดยที่ซุปนี้มีลักษณะราบเรียบ

การทำความเข้าใจว่า ซุปของมวลสารเริ่มต้นนั้นได้พัฒนากลายมาเป็นจักรวาลที่เรารู้จักทุกวันนี้ได้อย่างไร เป็นเรื่องที่ท้าทายนักวิทยาศาสตร์ทั้งหลายรวมทั้ง ไมค์ เทอร์เนอร์ นักจักรวาลวิทยาจากเฟอร์มิแลบ ในบัตทาเวีย อิลลินอยส์ เขาและผู้ร่วมงานเชื่อว่า พวกเขามีแนวคิดดีๆ สำหรับเรื่องนี้ เป็นทฤษฎีเล็กๆ ที่เรียกว่า บิ๊กแบงร้อนมาตรฐาน(Standard Hot Big Bang)

แนวคิดของทฤษฎีนี้ก็คือ ในตอนเริ่มแรกนั้น ไม่มีสิ่งใดเลย แล้วทันใดก็มีการระเบิดใหญ่เกิดขึ้น เป็นการระเบิดของจักรวาลร้อนความหนาแน่นสูงขนาดเล็กที่มีจำนวนอนันต์ ไม่กี่วินาทีถัดมา ซุปจักรวาลร้อนๆ นี้ก็เย็นลงพอที่จะให้ควาร์กรวมตัวกันเป็นโปรตอน และนิวตรอน แล้วโปรตอนกับนิวตรอน ก็รวมตัวกันเป็นนิวเคลียสของธาตุน้ำหนักเบาอย่าง ไฮโดรเจน ฮีเลียม ลิเทียม ไม่กี่แสนปีต่อมา นิวเคลียสนี้ได้รวมตัวกับอนุภาคประจุลบแล้วเกิดเป็นอะตอม ในที่สุด แรงดึงดูดได้ทำให้อะตอมเข้ามาอยู่ใกล้กัน แล้วก็กลายเป็นมวลสาร เป็นดวงดาว เป็นดาราจักร ทฤษฎีนี้ได้รับการยอมรับและผนวกเข้ากับทฤษฎีใหญ่อื่นๆ เพื่อขยายขอบเขตความรู้ออกไป

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการค้นพบใหม่ๆ หลายอย่างซึ่งทำให้นักจักรวาลวิทยาต้องมานั่งทบทวนทฤษฎีบิ๊กแบง กันอีกสงที่พวกเขาค้นพบนั้นก็แตกต่างจากสิ่งที่พวกเขาคาดหวังกัน ข้อมูลต่างๆ ที่รวบรวมได้นั้นต่างชี้ไปใน ทิศทางเดียวกัน เป็นทิศทางที่เรียกได้ว่าพิสดาร เส้นทางดังกล่าวคือ จักรวาลแบนที่ขยายตัว

ทฤษฎีได้บอกว่า จักรวาลทั้งหมดที่เรามองเห็นได้นี้ แท้จริงแล้วเป็นทายาทของจักรวาลที่เป็นฟองก๊าซเล็กๆ จักรวาลหนึ่งในบรรดาจักรวาลประเภทนี้หลายๆ จักรวาล โดยที่แต่ละจักรวาลเหล่านี้มีการพองตัวอย่างรวดเร็วมากในช่วง 10^-32 วินาทีแรกหลังจากเกิดบิ๊กแบง และเรียกช่วงนี้ว่า บิ๊กเบิร์ป (big burp)

ทฤษฎีการพองตัวนี้ก่อให้เกิดการทำนาย 2 ประการ ประการแรก จักรวาลในยุคแรกเริ่มควรจะมี ความราบเรียบอย่างมาก(แม้จะไม่สมบูรณ์ก็ตาม) และการระเบิดเมื่อเกิดบิ๊กแบงก่อให้เกิดคลื่นขึ้น เช่นเดียวกับการระเบิดของลูกระเบิดบนโลกซึ่งมีเสียงดังตามมา คลื่นจากบิ๊กแบงจะเกิดการสะท้อนไปทั่ว ซึ่งคลื่นจะจางลงและการขยายตัวของจักรวาลจะยืดเอาคลื่นนี้ออกไปจนกระทั่งจักรวาลมีความราบเรียบ ราวกับผิวหน้าของบ่อน้ำในวันอันสงบเงียบ และถึงแม้คลื่นนี้ที่เรียกว่า คลื่นฉากหลังของจักรวาลจะแยกตัว เป็นอิสระออกมาจากของไหลนั้นเมื่อจักรวาลมีอายุได้ 3 แสนปีก็ตาม คลื่นฉากหลังนี้ก็ยังคงมีร่องรอยของ การสะท้อนจากบิ๊กแบงไว้กับตัวมันด้วย นี่คือคำทำนายอย่างแรกซึ่งได้รับการยืนยันใน พ.ศ. 2535

สำหรับคำทำนายประการที่สอง เป็นคำทำนายที่มีความยุ่งยากมากกว่า จากความจริงที่ว่าการขยายตัวของจักรวาลนั้นต้องการจักรวาลที่แบน คำว่าแบนในทางจักรวาลวิทยานี้แตกต่างจาก ความแบนของผิวหน้าโต๊ะ แต่เป็นความแบนใน 4 มิติ และเพื่อให้จักรวาลคงความแบนนี้ไว้ได้ ความหนาแน่นของมวลสารและพลังงานจะต้องเท่ากับค่าวิกฤติที่แน่นอน แต่จากความพยายามชั่งน้ำหนัก ของจักรวาลทุกๆ วิถีทางพบว่า ความหนาแน่นที่เราวัดได้ตอนนี้นั้นมีค่าเพียง 40 เปอร์เซ็นต์ของค่าวิกฤติเท่านั้น

ปีพ.ศ. 2536 คณะวิจัยสองคณะที่ทำงาน แยกกันคือ คณะของ ซอล เพิร์ลมุตเทอร์ จากห้องปฏิบัติการ ลอว์เรนซ์ เบิร์กเลย์ ที่แคลิฟอร์เนีย กับคณะของ ไบรอัน ชมิดต์ จากศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ได้เริ่มทำการหาน้ำหนักของจักรวาล ทั้งสองกลุ่มทำการหาน้ำหนักจักรวาลโดยการศึกษาภาพถ่ายดิจิตอลของฟากฟ้า และหาการระเบิดของดาวฤกษ์ และเมื่อเขานำข้อมูลนั้นไปเปรียบเทียบกับข้อมูลการขยายตัวของจักรวาลเดิม ที่เขาเก็บจากมหานวดารา 40 แห่งในปี พ.ศ. 2542 เพิร์ลมุตเทอร์ก็พบกับความประหลาดใจ เมื่อปรากฏว่า จักรวาลของเรากำลังขยายตัวออกไปด้วยอัตราเร่ง หรือขยายตัวเร็วขึ้นทุกทีนั่นเอง ซึ่งสิ่งนี้เป็นสิ่งที่ไม่น่าจะเกิดขึ้น

สิ่งที่จะทำให้การสังเกตนี้เป็นไปได้เราคงต้องการพลังงาดมืด ซึ่งถ้าจะให้สอดคล้องกับข้อมูลที่สังเกตได้ เราก็พบว่า เราต้องการพลังงานมืดเป็นจำนวนถึง 60 เปอร์เซ็นต์ของค่าความหนาแน่นวิกฤติ นั่นหมายความว่า นักจักรวาลวิทยาจะต้องค้นหามวลสาร และพลังงานที่ซ่อนเร้นอยู่ในจักรวาลอีกมากมายให้เจอว่า มันคืออะไรกันแน่เพื่อพิสูจน์เรื่องจักรวาลแบน

นอกจากนี้เรายังมีข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์ต่างๆ อีกหลายตัวที่มีประสิทธิภาพสูงในการศึกษา คลื่นฉากหลังของจักรวาล ข้อมูลล่าสุดจากกล้องเหล่านี้ให้ผลตรงกัน นั่นคือความยาวนั่นก็คือ จักรวาลของเรานั้นแบน

แต่ถ้าจักรวาลของเราแบนแล้วล่ะก็ พลังงานมืดนั้นคือสิ่งใดกันแน่ แม้จะมีข้อเสนอหลายอย่าง แต่ก็ไม่มีมูลฐานที่ชัดเจนที่จะบอกได้เลยว่ามันคืออะไรกัน อีกส่วนหนึ่งของปัญหาก็คือ นักดาราศาสตร์ไม่รู้เลยว่าพลังงานมืดนั้นไปซ่อนตัวอยู่ ณ ที่ใด เราสามารถพบพลังงานมืดที่อยู่ภายใน ดาราจักร และกระจุกดาราจักรได้จากการสังเกตแรงดึงที่พลังงานมืดกระทำต่อดาวฤกษ์ซึ่งจะมีผลต่อ วงโคจรของมัน แต่การหาพลังงานมืดในที่ว่างระหว่างดาราจักรนั้นมีความยุ่งยากมากกว่า

แต่ด้วยชุดเครื่องมือต่างๆ มากมายที่กำลังศึกษาข้อมูลอยู่ เราคงจินตนาการได้อย่างไม่ยากเย็นนักว่า ในไม่ช้านักวิทยาศาสตร์คงไขปัญหาเรื่องพลังงานมืดได้ เรื่องราวส่วนนี้เป็นเรื่องที่กำลังมาแรงในวงการ แม้ว่าจะมีใครสักคนล้มเหลวในการทดลอง แต่เชื่อว่านักวิทยาศาสตร์ทั้งหมดจะต้องประสบความสำเร็จ และหากความสำเร็จมาถึงจริงๆ ทฤษฎีบิ๊กแบงร้อนมาตรฐานก็อาจจะถูกทฤษฎีใหม่ๆ กลืนเข้าไป เพราะทฤษฎีในปัจจุบันที่มีอยู่นั้น ไม่มีทฤษฎีใดเลยที่ทำนายถึงการมีอยู่ของพลังงานมืด

เราสามารถบอกได้ว่า จักรวาลวิทยาเองกำลังย่างเข้าสู่ยุคทองยุคใหม่อยู่ในขณะนี้แล้ว

รายละเอียดเพิ่มเติม อาจได้ในนิตยสาร ฉบับ 167 กรกฎาคม 2544

โดย..ไพรัตน์ ยิ้มวิลัย