กำเนิดเอกภพ

เอกภพ คือ ระบบรวมของดาราจักรเป็นบริเวณกว้างใหญ่ไพศาล ไม่มีขอบเขต มีวัตถุท้องฟ้าทุกชนิด นักดาราศาสตร์คำนวณว่า มีดาราจักรประมาณหนึ่งหมื่นล้านดาราจักร ประกอบกันเป็นเอกภพ นักเอกภพศาสตร์เห็นพร้องต้องกันว่าเอกภพที่เห็นได้ระเบิดเมื่อ 10-14 พันล้านปีมาแล้วภายในไมโคร วินาทีแรก เอกภพมีซุปร้อน (hot soup) ของควาร์กและอนุภาคประหลาดอื่นๆ เมื่อซุปเย็น ควาร์กเปลี่ยนไปเป็นโปรตอนและนิวตรอน ฮาดรอนและเมซอน ขณะเอกภพมีอายุ 1 วินาที มีเพียงนิวตรอน โปรตอน โฟตอน อิเล็กตรอนและนิวตริโนและปฏิอนุภาคของพวกมันยังคงอยู่ มีชุดของปฏิกิริยานิวเคลียร์ อีก 200 วินาทีต่อมาผลิตนิวเคลียสของธาตุเล็กที่สุด 3 ธาตุ คลื่นเสียงสะท้อนจากบิ๊กแบงจางลงเป็นระลอก ผ่านของไหลหนาแน่นและร้อนหรือซุปอย่างเหลือเชื่อ เหมือนระลอกคลื่นน้ำจากการโยนหินไปในสระ โปรตอนประจุไฟฟ้าบวกดึงดูดอิเล็กตรอนประจุไฟฟ้าลบอิสระ ลดความหนาแน่นลงเกิดการไหลของซุป การชนกันของประจุไฟฟ้าทำให้เกิดโฟตอน เมื่อเอกภพมีอายุได้ 300,000 ปี ก็เย็นพอที่จะเกิดอะตอม เอกภพโปร่งแสงทันทีที่ปล่อยให้โฟตอนเป็นอิสระ โฟตอนอิสระพาเอาร่องรอยความหนาแน่นแรกเริ่มและอุณหภูมิที่ขึ้นๆลงๆเกิดการเปลี่ยนแปลงความสว่าง (นี่เป็นรังสีซากที่เพนเซียส์และวิลสัน ค้นพบครั้งแรก)

เอกภพ หรือ จักรวาล เกิดขึ้นมาได้อย่างไร? นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เสนอแนวคิดเรื่องการเกิดของจักรวาลไว้สามแนวทางหรือสามทฤษฎีด้วยกัน

1. ทฤษฎีเอกภพเกิดจากระเบิดครั้งใหญ่ (Big Bang Universe)   ปัจจุบันนักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อว่า เอกภพหรือจักรวาลเกิดจากการ ระเบิดครั้งใหญ่เมื่อประมาณ 15,000 ล้านปีมาแล้ว ทั้งนี้เพราะพบหลักฐานว่า กลุ่มดาว (แกแลคซี่) ทุกกลุ่มกำลังเคลื่อนที่ถอยห่างออกไปด้วยความเร็วสูงตลอดเวลา แสดงว่าจักรวาลของเราขยายตัวออกไปชั่วนิรันดร ทฤษฎีนี้กล่าวว่ามี "ปฐมอัคคี" ขนาดเล็กยิ่งกว่าอะตอมเกิดระเบิดขึ้นมา การระเบิดครั้งนี้น ทำให้เกิดสสาร กราวิทัต แม่เหล็กไฟฟ้า และกลายเป็นกลุ่มดาว (แกแลคซี่) กระจายตัวออกมาจากจุดระเบิด แรงระเบิดทำให้จักรวาลขยายตัวตลอดกาล เอกภพจึงไม่มีจุดจบ ขณะนี้จักรวาลของเรามีอายุประมาณ 15,000 ล้านปี
2. ทฤษฎีเอกภพสลับ (Osillating Universe) ทฤษฎีนี้กล่าวว่า การขยายตัวของจักรวาลในปัจจุบันย่อมมีจุดจบแกแลคซี่ที่กำลังวิ่งห่างออกไปในทุกทางด้วยความเร็วสูงขณะนี้ ในที่สุดด้วยอิทธิพลของสนามแรงดึงดูด ก็จะมีความเร็วช้าลงจนหยุดนิ่งแล้วถอยหลังกลับมายังจุดเดิมอีก ซึ่งในที่สุดกลุ่มดาว(กาแลคซี่) จะชนกันเกิดระเบิดครั้งใหญ่ ทฤษฎีนี้กล่าวว่า วัฏจักรทวนซ้ำของการเกิดเอกภพเช่นนี้ เกิดขึ้นทุก 80,000 ล้านปี หมายความว่า จักรวาล เกิดดับสลับกันไปทุกช่วง 80,000 ล้านปี เนื่องจากนักดาราศาสตร์ปัจจุบันพบว่าเอกภพของเราขณะนี้มีอายุประมาณ 15,000 ล้านปี ดังนั้น หาก ทฤษฎีนี้เป็นความจริง อีกประมาณ 65,000 ล้านปีข้างหน้า จักรวาลของเราจะถึงจุดจบแล้วเกิดใหม่
3. ทฤษฎีเอกภพมีสถานะคงที่ (Steady Stat Universe) ทฤษฎีนี้กล่าวว่า เอกภพมิได้เกิดจากการระเบิด และเอกภพมีสถานะคงที่ชั่วนิรันดร ทฤษฎีนี้กล่าวว่า การที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ปัจจุบันพบว่า เอกภพขยายตัวอยู่ขณะนี้ เป็นเพราะมีสสารใหม่ถูกสร้างขึ้นมาจากความว่างเปล่าของอวกาศอยู่ตลอดเวลา สสารใหม่ที่ถูกสร้างขึ้นมาจะเข้ามาแทนที่สสารเดิม จึงมองดูเหมือนว่ามีสสารเดิม (แกแลคซี่) วิ่งถอยห่างออกไป หรือเอกภพกำลังขยายตัวอย่างที่พบอยู่ในปัจจุบัน ตามทฤษฎีนี้ จักรวาลเกิดขึ้นจากความว่างเปล่า และมี สถานะคงที่ตลอดกาล ไม่มีจุดจบ
ทฤษฎีเอกภพมีสถานะคงที่ ค่อยๆถูกยกเลิกไป เมื่อนักดาราศาสตร์ยุคปัจจุบันค้นพบหลักฐานหลายอย่างขัดแย้งกับทฤษฎีนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อนักดาราศาสตร์ค้นพบคลื่นวิทยุมาจากระยะไกลของจักรวาล ซึ่งไม่ตรงกับหลักการของทฤษฎีเอกภพมีสถานะคงที่
ทฤษฎีเอกภพสลับ ทฤษฎีนี้ไม่ได้รับการสนับสนุน จากหลักฐานการค้นพบใหญ่ๆ ของนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ในปัจจุบัน เมื่อนักวิทยาศาสตร์ส่งกล้องดูดาว "ฮับเบิ้ล" ขึ้นไปในอวกาศเมื่อทศวรรษที่แล้ว กล้องดูดาว "ฮับเบิ้ล" ในอวกาศพบหลักฐานโดยแน่ชัดว่าแกแลคซี่ที่อยู่ไกลสุดขอบจักรวาล มีอายุประมาณ 15,000 ล้านปี และกำลังวิ่งออกไปด้วยความเร็วสูง ไม่พบร่องรอยใดๆ ที่แสดงว่า แกแลคซี่ ที่กำลังวิ่งห่างกันออกไป จะมีความเร็วช้าลง ตรงกันข้าม แกแลคซี่ที่วิ่งไปอยู่ไกลมากเท่าใด ยิ่งมีความเร็วมากยิ่งขึ้นเท่านั้น ดังนั้น ทฤษฎีเอกภพสลับ จึงขาดหลักฐาน สนับสนุน
ทฤษฎีเอกภพเกิดจากการระเบิดครั้งใหญ่ เป็นทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับอย่าง กว้างขวางในปัจจุบัน เพราะมีหลักฐานสนับสนุนอยู่หลายเรื่อง จากการค้นพบของนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ แต่ตามทฤษฎีนี้ จักรวาลของเราจะถึงจุดจบอย่างไร ไม่สามารถทราบได้ คงรู้แต่เพียงว่า จักรวาลขยายตัวไปตลอดกาล และทุกอย่างขึ้นอยู่กับความหนาแน่นเฉลี่ยของมวลสารในเอกภพ ถ้าหากความหนาแน่นของมวลสารมีเกินกว่าจุดวิกฤตค่าหนึ่งจะเกิดแรงดึงดูดมหาศาลมีพลังมากพอที่จะดึงแกแลคซี่ที่กำลังวิ่งออกไปอยู่ขณะนี้ ให้หยุดนิ่งและถอยหลังหล่นลงมายังจุดเริ่มต้น แล้วเกิดระเบิดครั้งใหญ่ครั้งใหม่ แต่ถ้าหากว่าความหาแน่นของมวลสารในจักรวาลยังอยู่ต่ำกว่าจุดวิกฤตอย่างที่ปรากฎอยู่ในปัจจุบัน แกแลคซี่คงวิ่งถอยห่างออกไปด้วยความเร็วสูงตลอดกาล หมายความว่า เอกภพขยายตัวชั่วนิรันดร

เอกภพกำลังขยายตัว แต่อะไรทำให้เอกภพขยายตัว สภาพบิ๊กแบงเป็นแบบใด ยังเป็นปัญหาที่ท้าทายความพยายาม มีทฤษฎีมากมายที่เสนอฉากกำเนิดเอกภพ
 
เอ็ดวิน ฮับเบิลค้นพบว่าดาราจักรทั้งหมดกำลังถอยออกจากเรา
มีดาราจักรที่อยู่ไกลเคลื่อนที่เร็วกว่าดาราจักรที่อยู่ใกล้
"กฏฮับเบิล" นี้หมายถึงเอกภพกำลังขยายตัว ที่บอกว่า
ครั้งหนึ่งเอกภพเคยอยู่ในบิกแบงที่เป็นสภาวะหนาแน่นและร้อน

บิ๊กแบงต้นตอ
ค.ศ. 1929 เอ็ดวิน ฮับเบิล พิมพ์แผนภาพที่มีชื่อเสียง แสดงดาราจักรเกือบทั้งหมดเคลื่อนที่ห่างจากดาราจักรของเรา ด้วยความเร็วถอยห่างเป็นสัดส่วนกับระยะทางปัจจุบัน หรือดาราจักรไกลกว่าก็เคลื่อนที่เร็วกว่าดาราจักรใกล้ๆ แม้แต่ฮับเบิลเอง ตอนแรกก็ปฏิเสธความคิดเช่นนี้ข้อมูลเหล่านี้บอกว่า เอกภพทั้งหมดกำลังขยายตัวจากการยืดของอวกาศระหว่างดาราจักร เมื่อเอกภพขยายตัว มันหนาแน่นน้อยลงและเย็นตัวมากขึ้น การมองย้อนกลับไปในอดีตสรุปได้ว่าเอกภพมีการเริ่มต้นแน่นอน ตอนนั้นมันอยู่ในสภาวะที่ถูกบีบอัดและร้อนมาก จากจุดเริ่มต้นหนาแน่น มีการบวมตัวที่รู้จักในสภาพ บิ๊กแบง (Big Bang)

ปัญหาของบิกแบง
แม้ทฤษฎีบิ๊กแบงร้อนที่เป็น "มาตรฐาน" ต้นตอ ประสบความสำเร็จในการอธิบายลักษณะที่สังเกตการณ์ได้มากมาย แต่เอกภพของเรามีลักษณะบางอย่างน่าฉงนที่ทฤษฎีอธิบายไม่ได้ โดยเฉพาะสภาวะเริ่มแรกที่ดูคล้ายเป็นไปไม่ได้และยังไม่ได้ตัดสินว่าเป็นแบบใดแน่
 
ดาราจักรระยะทางไกลมากถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล
มันดูแปลกชอบกลเมื่อเทียบกับดาราจักรที่อยู่ใกล้ๆ แสดงว่าเอกภพกำลังมีวิวัฒนาการ นี่เป็นสิ่งที่เราจะคิดว่าอยู่ในเอกภพบิกแบงไม่ใช่อยู่ใน
เอกภพสภาวะคงที่
ปัญหาแรกคือว่า เอกภพมีความสม่ำเสมอหรือแบบเดียวกันอย่างเหลือเชื่อ เช่นอุณหภูมิชี้ให้เห็นถึงการแผ่รังสีหลังฉากเอกภพที่เหมือนกันทุกทิศทุกทาง ไม่รวม 2 สาเหตุ ที่ไม่มีความเหมือนกันคือ การเคลื่อนที่ของดาราจักรผ่านเอกภพ และการแปรเปลี่ยนความหนาแน่นที่เกิดกระจุกดาราจักร เอกภพเป็นเนื้อเดียวกันหรือเหมือนกันได้อย่างไร?  บิ๊กแบง อาจเริ่มต้นจาก "จุด" จึงมีอุณหภูมิเหมือนกันได้ แต่บิ๊กแบงไม่ได้เป็น"จุด"ที่แท้จริง สมการบิ๊กแบงต้นตอ ที่ย้อนกลับไปในอดีต พบว่า    เอกภพใหญ่โตกว่าระยะทางที่สัญญานใดหรือแสงสามารถเดินทางได้ ภายในอายุเอกภพนั้น สภาวะแรกเริ่ม ยังไม่มีเหตุผลสนับสนุนสภาพเอกภพตอนกำเนิด ที่เริ่มจากอุณหภูมิเท่ากัน
ปัญหาใหญ่ที่ 2 ที่มากับทฤษฎีบิ๊กแบงต้นตอ คือ ไม่มีวิธีที่จะอธิบายว่าทำไมเรขาคณิตของเอกภพจึงใกล้เคียงกับยูคลิเดียน (นั่นคือมีความแบน หมายถึง มุมภายในของสามเหลี่ยมบวกกันได้ 180 องศา) ไม่นานมานี้ ได้วัดขนาดเชิงมุมของการแกว่งอุณหภูมิขึ้นลงในฉากหลังไมโครเวฟคอสมิคแสดงว่า เรขาคณิตเอกภพแบนจริงๆ ที่เรียกกันว่า"ปัญหาความแบน"
ทำไมตอนนี้จึงพากันประหลาดใจเรื่องเอกภพแบน? ตามสมการที่บรรยายวิวัฒนาการของเอกภพในทฤษฎีบิ๊กแบงต้นตอ เอกภพต้องแบนมากอย่างยิ่งใกล้ตอนเริ่มเกิด มิฉะนั้นเมื่อเอกภพมีอายุมากขึ้น จะมีความโค้งมาแทนที่ความแบนโดยเร็วเพราะขอบเขตมหาศาล เราไม่น่าวัดความแบนได้ในปัจจุบัน
           การที่จะเข้าใจปัญหาความแบน ลองพิจารณากรณีที่ไม่น่าเกิดได้ เมื่อเดินเข้าไปในห้องและพบว่าดินสอตั้งตรง คุณอาจหวังจะเห็นตอนดินสอเริ่มอยู่ท่านี้สมดุลตั้งแต่ต้น มันไม่น่าจะเกิดอย่างบังเอิญได้ น่าจะมีเหตุผลทางฟิสิกส์ว่า ทำไมดินสอจึงตั้งตรงได้ บนจุดนี้ที่เราอยากเห็นตอนนั้น ทฤษฎีบิ๊กแบงต้นตอไม่มีคำอธิบายที่เหมาะสมว่า ทำไมเอกภพจึงเริ่มจากความแบนมากได้


อลัน กูธ ที่เอ็มไอที คิดแบบจำลองการพองตัวของเอกภพในค.ศ. 1979
การพองตัวเป็นการแก้ไขทฤษฎีบิ๊กแบงต้นตอ
ระหว่างเสี้ยวเล็กของช่วงชีวิตเริ่มต้นการมีเอกภพ
          การพองตัวมาช่วยแล้ว
ค.ศ.1979 อลัน กูธ (Alan Guth) นักฟิสิกส์หนุ่มปรากฏตัวพร้อมกับคำเฉลยที่ชาญฉลาดในปัญหาเหล่านี้ เขาเสนอ อินฟลาชันหรือการพองตัว (Inflation) เพื่อแก้ไขทฤษฎีบิ๊กแบงต้นตอ แม้ความคิดที่เสนอมีข้อบกพร่องสำคัญ แต่สมมุติฐานมีพื้นฐานน่าสนใจมาก รอยตำหนินั้นแก้ไขใน ค.ศ. 1981 โดยแอนเดรีย ลินเด ,ปอล สไตน์ฮาร์ดท์ และ แอนเดรียส์ อัลเบรชท์ แต่สูตรของกูธ และการแก้ไขจาก ลินเด สไตน์ฮาร์ดท์ และอัลเบรชท์ ยังมีหลักการจำเป็นมากมายที่คล้ายกัน กูธเสนอว่า สมมุติว่าเอกภพเริ่มต้นเล็กกว่าขนาดที่มาจากสมการของทฤษฎีบิ๊กแบงต้นตอ มันอาจพองตัว ขยายตัวเร็วมาก และมีแฟคเตอร์ที่มหึมาอาจเป็น 10 ยกกำลัง 50 หรือมากกว่านี้ การขยายตัวมหึมาได้จากเอกภพที่เติบโต 2 เท่า ทุกๆเศษส่วนเล็กน้อยของหนึ่งวินาทีภายในช่วงเวลาหนึ่ง ตรงกันข้ามกับเอกภพที่คงที่ หรือการขยายตัวที่มีความหน่วงในทฤษฎีบิ๊กแบงต้นตอ การพองตัวเป็นการขยายตัวแบบเอกซโพเนลเชียล ก่อนการพองตัว เอกภพแรกเกิดขนาดจิ๋วมีสมดุลความร้อน มันแตกต่างจากในทฤษฎีบิ๊กแบงแรกต้นตอ เอกภพก่อนพองตัวมีขนาดเล็กมาก จนส่งสัญญาณเดินทางข้ามมันได้ การชนกันระหว่างอนุภาคและโฟตอน จะกระจายความร้อนสม่ำเสมอ เอกภพมีความสม่ำเสมอจากการพองตัว เอกภพที่สังเกตการณ์ในปัจจุบันมีความสม่ำเสมอ ยิ่งกว่านั้นการพองตัวจะทำให้ความโค้งเริ่มแรกแบนได้ เหมือนบัลลูนขยายตัวได้ขนาดใหญ่มาก เอกภพใหญ่มากจนบริเวณทั้งหมดที่เราเห็นด้วยกล้องโทรทรรศน์มีประสิทธิภาพมากสุด (ราว 10 ยกกำลัง -30 ของเอกภพที่มีอยู่จริง)  ปรากฏแบนหรือเกือบแบนอย่างผิวโลกที่ปรากฏแบนต่อเราเมื่อมองในระยะทางใกล้ การพองตัวแก้ปัญหาความแบนได้แล้ว หลังการพองตัวสิ้นสุด เอกภพจะยังคงขยายตัวด้วยอัตราที่สอดคล้องกับการขยายตัวในทฤษฎีบิ๊กแบงต้นตอ ดังนั้นการพองตัว มีผลแค่ช่วงเวลาสั้นๆในชีวิตเริ่มต้นของเอกภพ มันไม่ได้มาแทนทฤษฎีบิ๊กแบง แต่เป็นการแก้ไขดัดแปลง การพองตัวสามารถเป็นกลไกที่จุดให้บิ๊กแบงได้เกิด! ในเอกภพแห่งการพองตัว (inflationary universe) อวกาศขยายตัวเร็วกว่าความเร็วของแสง เอกภพแรกเริ่มเล็กกว่าอะตอม แต่มันก็พองตัวเร็วมากและไปไกลได้หลายปีแสงในช่วงเวลาสั้นๆ
ในทฤษฎีการพองตัว มวลสาร ปฏิมวลสารและโฟตอน ผลิตจากพลังงานของสูญญากาศปลอม(false vacuum) ที่ถูกปล่อยตามเฟสทรานสิชัน (phase transition) คล้ายกับที่เกิดขึ้นเมื่อน้ำเหลวเย็นตัวต่ำกว่าอุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส โดยทั่วไปมักเป็นน้ำแข็ง เมื่อน้ำกลายเป็นน้ำแข็ง ขบวนการแข็งตัวคายพลังงานมาก จนโมเลกุลน้ำเรียงตัวกันกลายเป็นผลึก อนุภาคเหล่านี้ทั้งหมดประกอบด้วยพลังงานบวก อย่างไรก็ตาม พลังงานนี้สมดุลโดยพลังงานโน้มถ่วงลบของทุกสิ่งทุกอย่างที่ดึงสิ่งอื่นที่เหลือ หรืออาจพูดได้ว่าพลังงานทั้งหมดของเอกภพเป็นศูนย์ ! เอกภพประกอบด้วยความไม่มีอะไรนอกจากส่วนที่เป็นลบและบวก อาจเห็นง่ายๆว่าแรงโน้มถ่วงเกี่ยวข้องกับพลังงานลบ ดังนี้ ถ้าทิ้งลูกบอลจากจุดนิ่ง (มีนิยามว่าเป็นสภาวะของพลังงานศูนย์) มันได้พลังงานจากการเคลื่อนที่ (พลังงานจลน์) เมื่อมันตกลงมา แต่การได้พลังงานบวกนี้สมดุลกับพลังงานโน้มถ่วงลบที่ค่ามากขึ้นเมื่อเข้าใกล้ใจกลางโลก ดังนั้นพลังงานทั้งสองยังคงเป็นศูนย์ ความคิดเรื่องเอกภพที่มีพลังงานเป็นศูนย์กับการพองตัว แสดงว่า จากพลังงานเริ่มต้น
นิดเดียว ก็ได้ทุกสิ่งทุกอย่าง เอกภพมีการขยายตัวแบบการพองตัว โดยไม่มีพลังงานลัพธ์ อะไรสร้างพลังงานก่อนการพองตัว? นี่คงเป็นคำถามสุดยอด คล้ายกับความบ้าคลั่ง พลังงานอาจมาจากความไม่มีอะไรเลย มาจากความว่างเปล่า ความหมายของความไม่มีอะไรเป็นบางอย่างที่ยังคลุมเครือ มันอาจเป็นสุญญากาศในที่อวกาศ และเวลามีอยู่ก่อนแล้ว หรืออาจไม่มีอะไรเลย
 
อนุภาคเสมือน (virtual particles) เป็นผลที่ได้จากหลักการแห่งความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก ที่กล่าวว่าเราไม่สามารถทราบพลังงานที่แน่นอนแต่ละจุดของอวกาศในช่วงเวลาที่แน่นอน
พลังงานที่แต่ละจุดต้องแกว่งอย่างไม่เป็นระเบียบ หรือมิฉะนั้นค่าของมันเป็นศูนย์ การเกิดและการทำลายล้างของอนุภาคและปฏิอนุภาคของมันเป็นการแสดงการแกว่งของพลังงาน
ตามทฤษฎีควอนตัม คู่อนุภาคและปฎิอนุภาคอายุสั้น ออกมาจากสูญญากาศของอวกาศและทำลายล้างซึ่งกันและกันเร็วมาก การเกิดทันทีทันใด(การแกว่งควอนตัม) ได้ทดลองพิสูจน์ให้เห็นได้จริงหลายทาง การแกว่งควอนตัมอาจทำให้เกิดเอกภพของเรา
ทฤษฎีควอนตัมและหลักการแห่งความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก อธิบายธรรมชาติว่าพลังงานนั้นอาจมาจากความไม่มีอะไรเลยได้อย่างไร? อนุภาคและปฏิอนุภาคเกิดพร้อมกันทั่วเอกภพ และทำลายล้างซึ่งกันและกันโดยเร็ว การยืมพลังงานจากที่ว่างสูญญากาศในเวลาสั้นๆ และทำลายกฎอนุรักษ์พลังงานในอาณาเขตแคบๆ ระดับจุลภาค การเกิดดับเองตามธรรมชาติของคู่อนุภาคเสมือน(virtual particle) เรียกว่าการแกว่งควอนตัม (quantum fluctuations) จากห้องทดลองได้พิสูจน์แล้วว่าการแกว่งควอนตัมเกิดได้ทุกแห่งตลอดเวลา คู่ของอนุภาคเสมือน (เช่นโปสิตรอนและอิเลกตรอน) มีผลโดยตรงต่อระดับพลังงานของอะตอม และระดับพลังงานที่คาดไว้จะไม่สอดคล้องกับระดับการวัดในการทดลอง ถ้าไม่คิดการแกว่งควอนตัมเข้าไปด้วย การแกว่งควอนตัมมากมายอาจเกิดขึ้นก่อนกำเนิดเอกภพของเรา ส่วนใหญ่หายไปโดยเร็ว แต่มีอันหนึ่งอยู่นานมาก และมีสภาวะเหมาะเพื่อให้กำเนิดการพองตัว ดังนั้นปริมาตรเล็กๆแต่แรกเริ่มพองตัวด้วยแฟคเตอร์ใหญ่โตมาก และทำให้เอกภพใหญ่โตของเราเกิดขึ้น คู่ของอนุภาค-ปฏิอนุภาคอาจทำลายล้างซึ่งกันและกัน และคืนพลังงานที่ยืมจากสูญญากาศกลับมา แต่หากไม่เป็นไปตามนี้ การทำลายการอนุรักษ์พลังงานมีค่าน้อย ไม่มากพอที่จะให้วัดได้ จากกรณีที่พลังงานทั้งหมดเป็นศูนย์ และถ้าสมมุติฐานนี้ถูกต้อง คำตอบสำหรับคำถามสุดยอดนั้นให้ อลัน กูธ พูดดีกว่า กูธพูดว่า “เอกภพเหมือนเป็นอาหารกลางวันฟรี” หรือเราได้เอกภพมาฟรีๆ เอกภพมาจากความไม่มีอะไรเลย มันมาจากความว่างเปล่า

บิกแบงยังมีชีวิตชีวา
ทฤษฎีบิ๊กแบงอายุเก่าแก่มากถูกโจมตีเป็นบางครั้งบางคราว เพราะแทบไม่มีการสังเกตการณ์สนับสนุน และไม่มีหลักฐานสนับสนุนหนักแน่น มีการเปลี่ยนแปลงปรับปรุงทฤษฎีที่สำคัญ ส่วนมากแก้ไขความคิดของการพองตัว แต่ผลกระทบแค่ช่วงกระพริบตาแรกของความเป็นตัวตนเอกภพเท่านั้น สมมุติฐานใหม่เหล่านี้ไม่ได้เปลี่ยนลักษณะสำคัญของบิ๊กแบง ยังไม่มีท่าทีที่ทฤษฎีจะล้มเลิกได้ มันกลับขยายตัวและงามสะพรั่ง เมื่ออธิบายลักษณะน่าฉงนของเอกภพ (เช่นความแบนและความเหมือนกันได้) แต่มีผู้ตำหนิสภาพที่ทฤษฎีบิ๊กแบง ต้องการมวลและพลังงานมากมายจากความไม่มีอะไรเลย คงเป็นเพราะยังไม่เคยกำหนดสิ่งที่มาก่อนการพองตัว เอกภพมาจากการแกว่งควอนตัม มันออกจากความไม่มีอะไรเลย หรือคลอดจากปริมาตรอวกาศต่างๆกันได้ ความคิดเหล่านี้เป็นสมมุติฐานมีเหตุผลขึ้น กับกฎฟิสิกส์ที่ทราบแล้ว และมันแสดงว่าเอกภพของเราอาจเป็นเพียงเอกภพหนึ่งจากชุดเอกภพนับอนันต์หรือหลายๆเอกภพ

แบบจำลองการพองตัวตลอดกาลของแอนเดรีย  ลินเด เป็นชุด ของเอกภพที่พองตัว แต่ละแห่งให้บริเวณใหม่ของการพองตัว แต่ ละสีหมายถึงค่าคงที่ทางกายภาพต่างกัน
  แอนเดรีย ลินเด (รูปเล็ก) ที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด เสนอ หลายวิธีการที่การพองตัวจะเกิดขึ้นได้

เอกภพจากการชนกัน
ราว 20 ปีที่แล้ว การรวมทฤษฎีบิ๊กแบงเข้ากับการพองตัวได้เสนอสิ่งที่ปฎิเสธกันไม่ได้ แบบจำลองนี้ได้อธิบายการสังเกตการณ์เกือบทั้งหมดในเอกภพที่เคยทำนายไว้อย่างได้ผล แต่แบบจำลองกำเนิดเอกภพยังน่าท้าทายต่อไป ไม่นานมานี้เกิดทฤษฎีใหม่ๆที่เพิ่งจะเริ่มต้น รายล่าสุดเรียก แบบจำลองไซคลิคหรือแบบจำลองวงกลมหรือวงจรหรือวัฎจักร (cyclic model) ที่ทำให้เห็นวงจรอันเป็นนิรันดรของบิกแบงและบิ๊กครั้นช์หรือการเค้นอัดใหญ่ (Big Crunch) แต่แบบจำลองเอกไพโรติค (the ekpyrotic model) มาก่อนทฤษฎีไซคลิก (เป็นคำกรีกโบราณที่แปลว่าโกลาหล) เปิดตัวออกมาเมื่อ เมษายน ค.ศ. 2001 โดยปอล สไตน์ฮาร์ดท์ และจัสติน คูรี จากมหาวิทยาลัยพรินสตัน เนล ทูรอก จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ และเบิร์ต โอฝรัทของมหาวิทยาลัยเพนซิลวาเนีย แม้สไตน์ฮาร์ดท์เคยเป็นหนึ่งในผู้กำเนิดทฤษฎีการพองตัว แต่ดูท่าความคิดแบบจำลองเอกไพโรติคจะเข้ามาแทนที่การพองตัวซะแล้ว เอกภพเอคไพโรติค (ekpyrotic universe) มาจากทฤษฎีเอ็ม (M Theory) เป็นเวอร์ชันใหม่ของทฤษฎีเส้นเชือกยิ่งยวดหรือทฤษฎีซุปเปอร์สตริง (supersting theory) ที่มี 11 มิติ ในที่ซึ่ง 6 มิติม้วนตัวไปเป็นปริมาตรเล็กๆที่ไม่มีบทบาทสำคัญ ในทฤษฎีเอ็ม เอกภพ 4 มิติของเรา ( 3 มิติของอวกาศและ 1 มิติของเวลา) สามารถที่จะคิดเป็นแผ่นบาง (membrane) หรือเรียกสั้นๆว่าเบรน (brane) มี 3 มิติที่มีอาณาเขตอนันต์ฝังในกาลอวกาศ มิติที่ 5 เอกภพเอกไพโรติคผิดแผกไปจากแบบจำลองบิกแบงมาตรฐานในหลายรูปแบบ ตามทฤษฎีบิกแบง เอกภพมีจุดเล็กจิ๋ว เริ่มต้นที่ร้อนและหนาแน่นมากราว 14 พันล้านปีมาแล้ว แบบจำลองเอกไพโรติคให้เอกภพมีอายุยาวนานมากซักล้านล้านล้านล้านปี และมีอาณาเขตอนันต์ จนกระทั่ง 14 พันล้านปีมาแล้วมันอยู่เป็นเบรนที่เย็น เบรนขนานเคลื่อนที่ในมิติที่ 5 เคลื่อนเข้าหาเบรนของเราช้าๆ จนเบรนทั้งสองชนกัน เหตุการณ์นั้นจุดประกายการเกิดบิ๊กแบง พลังงานจลน์ของการชนเปลี่ยนไปเป็นควาร์ก อิเลกตรอน โฟตอน และอนุภาคอื่นๆที่เห็นทุกวันนี้ การชนกันก็ทำให้เบรนของเรายืดยาว ให้เอกภพอยู่ในลักษณะขยายตัว  
 จากจุดนี้ แบบจำลองเอกไพโรติคต่างจากทฤษฎีบิ๊กแบงเดิมออกไปที่ไม่มีการพองตัว ลักษณะที่ดึงดูดใจของแบบจำลองเอกไพโรติคคือ มันหลีกเลี่ยงการพองตัว ไม่มีใครทราบว่าแรงอะไรเริ่มต้นการขยายตัวแรงจัด(hyperexpansion) ของการพองตัว? หรือทำไมการพองตัวถึงยุติ ?
เอกภพเอกไพโรติค แก้ปัญหาได้เหมือนดังการพองตัวแก้ปัญหาทฤษฎีบิ๊กแบงต้นตอ เช่น เบรน 2 เบรนเคลื่อนเข้าหากันช้าๆ มีเวลาที่จะถึงจุดสมดุลและมีความแบน การชนกันของเบรนแบน 2 แผ่น ผลิตเอกภพแบน ฉะนั้นการขยายตัวรุนแรงของการพองตัว จึงไม่มีความจำเป็นที่จะเป็นสาเหตุของความโค้งแบนของเอกภพเริ่มแรก
เนื่องจากเบรนที่ชนกัน 2 แผ่น ขนานกันและแบนเหมือนตีฉิ่งฉาบ ความสะเทือนแผ่ไปพร้อมกันทุกแห่ง บริเวณที่ห่างกันรับการกระแทกเริ่มแรกเหมือนกัน อธิบายได้ว่าทำไมเอกภพ(โดยเฉพาะฉากหลังไมโครเวฟเอกภพ ) จึงเหมือนกันในทุกทิศทาง อย่างไรก็ดี ระลอกควอนตัมภายในเบรนที่เข้าหากัน หมายถึง การชนเผยตัวที่เวลาต่างกันเล็กน้อยในเบรนของเรา ทำให้มีการแปรอุณหภูมิบ้างในฉากหลังไมโครเวฟสอดคล้องกับการสังเกตการณ์ในปัจจุบัน การแปรอุณหภูมิเหล่านี้วิวัฒนาการไปเป็นการเพิ่มความหนาแน่นของมวลในอวกาศ แล้วในที่สุดจะกลายเป็นการเกิดดาราจักร
 
ในสนามลึกฮับเบิล
ดาราจักรที่จางกว่าเล็กกว่ามักไกลกว่าดาราจักรสว่างกว่าและใหญ่กว่า
เหมือนมีอุโมงค์ของเวลาที่ให้เห็นสภาพเอกภพเริ่มแรก
เอกภพมีวงจรที่ไม่สิ้นสุด
ราวๆต้นค.ศ. 2002 สไตน์ฮาร์ดท์และทูรอก ได้แนะนำลักษณะใหม่ของทฤษฎี ที่เปลี่ยนรูปร่างเอกไพโรติคไปเป็นแบบจำลองวงจรหรือวงกลม (cyclic model) ที่ว่าเอกภพมีวงจรไม่สิ้นสุดของการขยายตัว/เย็นตัว และการหดตัว /ร้อนขึ้น เมื่อมันชนกันและถอยออกเข้าหาเบรนอื่นในมิติที่ 5 ในแบบจำลองนี้ เอกภพมีอดีตและอนาคตเป็นนิรันดร จึงเลี่ยงปัญหาสภาวะเริ่มต้นของการพองตัว อะไรที่เกิดช่วงเวลาสั้นมากๆในสภาพแบบจำลองพองตัว แบบจำลองใหม่นี้ทำได้ในช่วงเวลายาวนาน ถ้าอัตราการขยายตัวของเอกภพมีความเร่งตามหลักฐานชี้ชัด เอกภพมีชะตากรรมที่จะกลายเป็นอาณาจักรที่ดาวเผาไหม้ มวลสลายตัว หลุมดำระเหย และเอกภพเสื่อมทรามไปเป็นที่กว้างใหญ่ของความว่างเปล่า ในแบบจำลองบิ๊กแบงที่มีการพองตัว        การขยายตัวมีความต่อเนื่องตลอดกาล ไม่มีหวังที่จะเกิดใหม่อีกแล้ว การพองตัวไม่ให้ความหวังสำหรับชีวิตในอนาคตซะเลย
         แต่แบบจำลองวงจรให้เวลาล้านล้านปีแก่เอกภพที่แห้งแล้งตายซาก จะมีเบรนกลับมาชนกันอีก การชนกันครั้งใหม่นี้จะจุดกำเนิดมวล ดาวและดาราจักรรอบใหม่ที่ชีวิตจะมีหวังโผล่ออกมาได้อีก ความเร่งเอกภพเป็นหลักฐานว่าเอกภพมุ่งหน้าเพื่อการชนครั้งใหม่ สนามของแรงรับผิดชอบความเร่งที่มี และยังรับผิดชอบแรงที่จะลากเบรนเข้าหากันเพื่อผลิตมวลและรังสี ทั้งหมดนี้ก็ว่าไปตามความคิดของสไตน์ฮาร์ดท์ ทฤษฎีใดถูกต้อง? เราคงได้รู้กันภายใน 20 ปี แบบจำลองการพองตัวมั่นใจว่าจะค้นหาคลื่นโน้มถ่วงที่มีความยาวคลื่นยาวมากเคลื่อนผ่านเอกภพยุคแรก จารึกโพราไลเซชันของฉากหลังไมโครเวฟ แต่แบบจำลองเอกไพโรติคไม่เน้นคลื่นโน้มถ่วง การทดลองฉากหลังไมโครเวฟในอนาคตอาจค้นพบรอยจารึกการพองตัว นักเอกภพศาสตร์อาจเห็นความแตกต่างระหว่าง 2 ทฤษฎี สไตน์ฮาดร์ท์เคยคิดว่าการพองตัวเป็นความคิดแจ๋วแล้ว แต่ตอนนี้ ความคิดเรื่องเอกภพวงจรหรือที่มีเบรนชนกันหลายรอบแจ๋วกว่า เพราะเป็นทฤษฎีที่ประหยัดและมีพลังมาก มันให้ภาพของเอกภพในอดีต ปัจจุบันและอนาคตดีกว่า และยังสามารถอธิบายการสังเกตการณ์แทบทั้งหมดได้มากจนถึงทุกวันนี้ มีเรื่องต้องติดตามกันตอนต่อไปอีกแล้วว่าใครจะชนะและอะไรแน่เป็นกำเนิดเอกภพของเรา
         อย่างไรก็ดี ถึงแม้ว่าในปัจจุบันความหนาแน่นของมวลสารในจักรวาลมีไม่มากพอ ที่จะส่งแรงดึงดูดไปหยุดการวิ่งห่างออกไปของแกแลคซี่ขณะนี้ก็ตาม แต่ก็มีหลักฐานจากการค้นพบของดาราศาสคร์ฟิสิกส์ยุดใหม่ว่า มีมวลสารซ่อนตัวเร้นลับอยู่อีกมากมายในจักรวาลของเรา และอาจซ่อนตัวอยู่เป็นจำนวนมากภายในบริเวณหลุมดำนั้น จักรวาลอาจระเบิดในอีก 65,000 ล้านปีข้างหน้าตามทฤษฎีเอกภพสลับก็ได้ หากความหนาแน่นของมวลสารที่ซ่อนตัวอยู่ในจักรวาลมีมากพอจนถึงจุดวิกฤต จะมีแรงดึงดูดมากพอดึงแกแลคซี่ให้ถอยหลังกลับมาขนกันครั้งมหาวินาศ

ความเร้นลับของหลุมดำ ซุปเปอร์โนวา ดาวนิวตรอน พัลซาร์ เอกภพอื่นกับเอกภพของเรา
หลุมดำ (Black Hole)
เรื่องเร้นลับน่าฉงนที่สุดเรื่องหนึ่งของจักรวาล คือ เรื่องหลุมดำ นักดาราศาสตร์พบว่า เมื่อดวงดาวขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ 10 เท่า ใช้พลังงานภายในตัวเองหมดไปในนาทีสุดท้ายของอายุดาวดวงนั้น เปลือกชั้นนอกของดวงดาวจะยุบตัวลงไปหาใจกลางของดวงดาว แล้วดวงดาวจะระเบิดเป็น ซูเปอร์โนวา เหวี่ยงเปลือกชั้นนอกกระเด็นออกไป เหลือใจกลางมีมวลอัดตัวแน่นสูงมหาศาล จนเนื้อสารมีสภาพเป็นนิวตรอน นักวิทยาศาสตร์จึงเรียกใจกลางของดวงดาวที่เหลือจากการระเบิดของซูเปอร์โนวา ว่า "ดาวนิวตรอน" ถ้าหากว่าใจกลางที่เหลืออยู่จากการระเบิดของซูเปอร์โนวา ยังมีมวลมากเกินไป แรงดึงดูดของมวลซึ่งมีมหาศาล จะดึงดูดให้มวลยุบตัวต่อไปตลอดกาล แรงดึงดูดมหาศาลจะบดขยี้มวลสารภายในตัวของมันเอง จนมวลสารมีสถานภาพแปลกประหลาดจนเกินความเข้าใจ ผลของแรงดึงดูดมหาศาลทำให้ความหนาแน่น ของมวลมีมากยิ่งขึ้นไปเรื่อยๆ แล้วแรงดึงดูดก็จะทวีตัวสูงตามขึ้นไปเรื่อยๆ จนกระทั่งไม่มีสิ่งใด แม้กระทั่งแสงสว่างหลุดรอดออกมาได้ มวลสารตรงนั้นกลาย เป็น “หลุมดำ” ตรงศูนย์กลางของหลุมดำมวลจะถูกบดขยี้จากแรงดึงดูดมหาศาล จนความหนาแน่นของมวลมีค่าอนันต์อยู่ในศูนย์ปริมาตร ตรงจุดนี้เรียกว่า "ภาวะ เอกฐาน" (Singurarity)
สถานะของหลุมดำ กลายเป็นเรื่องเกินความเข้าใจ แต่ทฤษฎีของฟิสิกส์ยุคใหม่กล่าวว่า ไม่มีสิ่งใดหยุดยั้งการยุบตัวตลอดกาลที่แก่นกลางของซากหลงเหลือจากการระเบิดของซูเปอร์โนวา ตรงนั้นตามกฎของฟิสิกส์มีแรงดึงดูดมหาศาลและมวลจะอัดตัวแน่นมหาศาลจนมีสภาพเป็น "ภาวะเอกฐาน" ในแกแลคซี่ อาจมีหลุมดำ 10 ล้านหลุม เกิดขึ้นหลังจากการระเบิดของดาวยักษ์ซูเปอร์โนวา ด้วยแรงดึงดูดมหาศาล จะไม่มีอะไรแม้กระทั่งแสงหลุดรอดออกมาจาก หลุมดำ ตรงกันข้ามวัตถุต่างๆ ที่อยู่ภายในเขตแดนแรงดึงดูดของหลุมดำ จะถูกหลุมดำดูดลงหลุมไปจนหมดสิ้น แล้วไม่กลับออกมาอีกเลย ตามกฎของฟิสิกส์ เมื่อภาวะเอกฐานของหลุมดำ คือเส้นทางไปสู่จักรวาลอื่น ดังนั้น วัตถุที่หล่นลงไปในหลุมดำ จึงถูกถ่ายเทไปสู่อาณาจักรอื่นของอวกาศและเวลาซึ่งเราไม่รู้จัก เพราะเป็นเขตแดนของจักรวาลอื่น นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า หลุมดำ เกิดจากระเบิดของซุปเปอร์โนวา ในบางกรณีเมื่อซุปเปอร์โนวาระเบิด เศษที่เหลืออยู่จะกลายเป็นนิวตรอน มีความหนาแน่นสูงมาก แต่ถ้าดาวนิวตรอนที่เกิดขึ้นมาจากการระเบิดของซุปเปอร์โนวา มีมวล มากกว่าดวงอาทิตย์ 3 เท่าตัวแล้ว มักจะมีแรงดึงดูดภายในตัวมากจนดาวนิวตรอนยุบตัวกลายเป็นหลุมดำ
ขบวนการเกิดหลุมดำ จากดาวนิวตรอน จะมีขั้นตอนดังนี้ เมื่อดาวนิวตรอน ยุบตัวลงไปเรื่อย ๆ มีขนาดเล็กลงไปเรื่อย ๆ แต่อำนาจแรงดึงดูดจะมีมากขึ้นๆ ยิ่งขึ้นไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งแสงของดวงดาว ไม่สามารถหนีพ้นออกไปจากแรงดึงดูดของดวงดาวและจะมองไม่เห็นดวงดาวอีกเลย เมื่อดวงดาวมีสภาพเช่นนี้ สิ่งที่เกิดขึ้นกับดวงดาวในขั้นต่อไปก็คือ ไม่มีสิ่งใดหยุดยั้งอำนาจแรงดึงดูดภายในตัวของมันได้ ดวงดาวจะยุบตัวต่อไปอีก จนกระทั่งมวลของมันถูกบดจนเหลือเป็นจุดเล็กๆ ที่มีความหนาแน่นสูงมหาศาล ความจริงขบวนการเช่นนี้ก็คือ ดวงดาวยุบตัวจนไม่มีตัวเองเหลืออยู่เลยกลายเป็นหลุมดำ "แบลกโฮล" อยู่ในอวกาศ และเมื่อมีสิ่งใดผ่านเข้ามาใกล้ ก็จะถูกมันดูดลงหลุมไป ขนาดของหลุมดำขึ้นอยู่กับมวลของดวงดาวที่สลายตัวกลายเป็นหลุมดำ ดวงดาวที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 3 เท่าตัว เมื่อกลายเป็นหลุมดำ จะมีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 18 กิโลเมตร (11 ไมล์) หลุมดำจะมีขนาดใหญ่กว่านี้ ถ้าหากว่าดวงดาวที่สลายตัวมีขนาดใหญ่ยิ่งขึ้นไปกว่านี้อีก ทุกสิ่งทุกอย่างที่ตกลงไปในหลุมดำซึ่งเป็นหลุมดำไม่มีก้นหลุม จะพบจุดอวสาน คือ ถูกบดขยี้ไม่มีสิ่งใดเหลืออยู่อีกเลย หลุมดำเป็นสิ่งมหัศจรรย์ที่สุดของเอกภพ นักดาราศาสตร์ค้นพบหลุมดำ เพราะรังสีเอกซ์เรย์ที่แผ่ออกมาจากหลุมดำ เมื่อก๊าซในบริเวณใกล้ๆ ตกลงไปใน หลุมดำ เพราะแรงดึงดูดมหาศาลของมันแล้ว ก๊าซจะมีความร้อนหลายล้านองศา ด้วยความร้อนมหาศาลเช่นนี้จึงมีรังสีเอกซ์เรย์แพร่ออกมาจากหลุมดำ หลุมดำแห่งแรกที่นักดาราศาสตร์ค้นพบอยู่ในบริเวณกลุ่มดาว Cygnus (กลุ่มดาวหงส์) จึงตั้งชื่อหลุมดำแห่งนี้ว่า Cygnus X-1 หลุมดำแห่งนี้โคจรอยู่ รอบๆ ดาวสีน้ำเงินดวงหนึ่งมีชื่อว่า HDE 226868 นักดาราศาสตร์คำนวณหามวลของหลุมดำแห่งนี้แล้ว พบว่ามีมวลประมาณ 8 เท่าของดวงอาทิตย์ ตัวหลุมดำเองมองไม่เห็น แต่ก๊าซจากดาวสีน้ำเงินดวงที่อยู่ใกล้ๆ กับหลุมดำ ถูกหลุมดำดูดเข้ามา มีความร้อนมหาศาล จนปล่อยรังสีเอกซ์เรย์ออกมา

อ้างอิงจากหลายส่วน จำไม่ได้ค่า ขอโทษด้วยนะค้า