สมมติฐานเอกภพบิกแบงของกามอฟ

ตามทฤษฎีเอกภพของฟรีดมานน์ ซึ่งได้มาจากการประยุกต์ทฤษฎีสัมพัทธภาพจะบอกได้ว่า เอกภพมีจุดเริ่ม ซึ่งก็คือเงื่อนไขเบื้องต้นถึงทฤษฎีสัมพัทธภาพจะบอกไม่ได้ว่าเงื่อนไขข้างต้นนี้มาจากไหน แต่มันก็บอกให้เรารู้ว่า เอกภพเริ่มกำเนิดโดยมีเงื่อนไขเบื้องต้น แต่อย่างไรก็ตามทฤษฎีนี้ไม่ได้บอกเราว่าเอกภพตอนเริ่มกำเนิดนั้นร้อนหรือเย็น แล้วทำไมกามอฟถึงคิดว่าเอกภพกำเนิดด้วยความร้อนสูง แต่เพื่อที่จะเข้าใจตรงนี้ก็ลองมาคิดกลับดูว่าทำไมเอกภพที่เย็นจึงเป็นไปไม่ได้เช่นกัน ถึงแม้โลกจะมีธาตุมากมายหลายชนิด เมื่อดูทั้งเอกภพจะเห็นว่าเกือบทั้งหมดเป็นธาตุไฮโดรเจน เพราะว่าไฮโดรเจนประกอบขึ้นจากโปรตอนและอิเลคตรอน เราก็จะบอกได้ว่าตอนที่เอกภพกำเนิดและมีขนาดเล็กมาก อิเลคตรอนจะรวมเข้าไปในโปรตอนกลายเป็นนิวตรอน นั่นก็คือเอกภพที่เย็น ในช่วงแรกจะเต็มไปด้วยนิวตรอนและเมื่อเอกภพขยายตัวขึ้น นิวตรอนจะสลายตัวแบบเบต้า กลายเป็นโปรตอนและอิเลคตรอน โปรตอนนั้นจะทำปฏิกิริยารวมตัวกับนิวตรอนกลายเป็นตัว ทีเรียม (ไฮโดรเจนหนัก) และดิวทีเรียมจะรวมตัวกับนิวตรอนเป็น ไตรเทียม ซึ่งจะสลายตัวแบบเบตา กลายเป็นฮีเลียม 3 และเมื่อนิวตรอนอีกตัวรวมกับฮีเลียม 3 ก็จะได้อะตอมฮีเลียม และปฏิกิริยานิวเคลียร์ก็จะเกิดต่อกันไป ธาตุหนักต่างๆ ก็จะเกิดขึ้นในเอกภพต่อๆ กันไปเช่นกัน แต่ในความเป็นจริงนั้นในเอกภพมีไฮโดรเจน 75% ฮีเลียม 24% และอีก 1% เป็นธาตุอื่นๆ นั่นก็คือเกือบทั้งหมดเป็นธาตุเบาสองธาตุ คือ ไฮโดรเจนและฮีเลียม ซึ่งขัดกับสมมติฐานของเอกภพเย็นข้างต้น เพราะฉะนั้นกามอฟจึงคิดว่าเพื่อให้ขั้นตอนการเกิดธาตุหนักไม่ติดต่อกันไป จะต้องคิดว่าเอกภพเมื่อกำเนิดนั้นมีอุณหภูมิสูงมาก ถ้าเอกภพร้อนถึงจะเกิดปฏิกิริยารวมตัวกัน แต่เพราะร้อนกันออกอีกและก็อธิบายได้ว่าทำไมธาตุหนักจึงหยุดแค่ฮีเลียมเท่านั้น และนี่ก็คือที่มาของความคิดสมมติฐานเอกภพบิกแบงของกามอฟ โดยที่ขอเน้นว่ากามอฟไม่ได้บอกว่าบิกแบงเป็นต้นเหตุของการขยายตัวของเอกภพเลย เพียงแต่บอกว่าเพื่อที่จะอธิบายกำเนิดและปริมาณธาตุในเอกภพ เอกภพจะต้องเกิดด้วยบิกแบงเท่านั้น

เอกภพบิกแบงได้กลายเป็นโมเดลมาตรฐานของเอกภพ

เมื่อกามอฟประกาศทฤษฎีอันนี้ เขาได้พยากรณ์สิ่งที่น่าสนใจ ไว้สิ่งหนึ่งซึ่งบอกว่าถ้าเอกภพเกิดขึ้นจากบิกแบงที่ร้อนมากๆ จะต้องมี ร่องรอยของมันเหลือปรากฏอยู่ในเอกภพปัจจุบัน ร่องรอยที่ว่านั้นคืออะไร

ถ้าเอกภพเย็นลงเมื่อขยายตัว แสดงว่าแสงที่อยู่ในเอกภพตอนบิกแบงนั้นก็ต้องเหลืออยู่ในเอกภพปัจจุบันด้วย โดยที่แสงนั้นเมื่อเย็นลงความยาวคลื่นจะยาวขึ้น และกามอฟคำนวณว่าแสงที่อยู่ในเอภพบิกแบงนั้นปัจจุบันจะมีความยาวคลื่นในเขตไมโครเวฟซึ่งเทียบกับอุณหภูมิได้ 7 องศาสมบูรณ์ (เคลวิน) แต่ในช่วงนั้นนักวิทยาศาสตร์ที่สนใจเกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพมีไม่มาก และทฤษฎีการทำนายของกามอฟนี้แทบไม่ได้รับความสนใจเท่าไรเลย แต่เมื่อปี 1964 นักวิจัยชาวอเมริกัน 2 คน ชื่อ เพนเซียสและวินสัน ได้ค้นพบโดยบังเอิญว่าเอกภพนี้เต็มไปด้วยคลื่นไมโครเวฟขนาด 3 เคลวิน ซึ่งอยู่ทุกหนแห่งและทุกทิศทางอย่างสม่ำเสมอ และนี่ก็คือร่องรอยของบิกแบงตามที่กามอฟได้พยากรณ์ไว้นั่นเอง และในที่สุดเอกภพบิกแบงก็ได้เป็นที่ยอมรับกันและโมเดลนี้ก็ได้เป็นโมเดลมาตรฐานในการศึกษาค้นคว้าเกี่ยวกับเอกภพในเวลาต่อมา โมเดลอื่นๆ เช่น เอกภพที่ไม่มีจุดกำเนิดของไอน์สไตน์เป็นอันต้องตกกระป๋องไป

แล้วเราจะเริ่มเกี่ยวกับการเริ่มของเอกภพอย่างไร

จนถึงจุดนี้ว่าไปแล้วก็เป็นเพียงครึ่งแรกเกี่ยวกับปัญหากำเนิดของเอกภพ จากทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ การพบว่าเอกภพขยายตัวของฮับเบิ้ลและการค้นพบแสงร่องรอยของบิกแบง ตามคำพยากรณ์ของกามอฟ ซึ่งก็คือ 1 ทฤษฎี กับ 2 การค้นพบทำให้เรารู้ว่าเอกภพนั้นมีจุดเริ่มนั่นเอง แต่นี่ไม่ใช่จุดสิ้นสุดของปัญหาเกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพเริ่มมาอย่างไร เพราะอะไร ฯลฯ ยังมีปัญหาอย่างมากมายที่ต้องทำให้กระจ่าง โมเดลเอกภพที่สั่นนี้เราอาจจะชอบเพราะมันให้ความรู้สึกว่าเอกภพนั้นจะยั่งยืนอยู่ตลอดไป แต่ ฮอว์คิงและเพนโรส ได้พิสูจน์ให้เห็นในเวลาต่อมาว่าโมเดลนี้ไม่มีทางเป็นไปได้