วิศวกร VS ฟิสิกส์ยุคใหม่

                                                                                                           (ตอนที่๓)
Download PDF File

๓.๒ รูปร่างของอนุภาคพระเจ้า ถึงตอนนี้เราจะมาดูว่าอนุภาคดังกล่าวจะมีรูปร่างพิเศษหรือแปลกประหลาดแค่ไหน  โดยก่อนอื่นขอให้เรามาดูรูปการ์ตูนของอนุภาคต่างๆใน สวนสัตว์ (PARTICLE ZOO) กันเล่นสนุกเพลินๆก่อน ซึ่งถึงแม้ว่าอนุภาคจริงๆคงจะไม่เป็นอย่างนี้แต่มันก็คงสะท้อนอะไรบางอย่างที่เป็นเหตุ

Source: www.universetoday.com

ผลอยู่เบื้องหลังว่า ทำไมนักวิทยาศาสตร์ถึงทำขึ้นมา โดยผู้เขียนเดาว่าน่าจะมีสาเหตุสองข้อคือ หนึ่ง ความไม่รู้ว่าว่าจริงๆแล้วอนุภาคทั้งหลายดังกล่าวเป็นอย่างไร (เพราะไม่มีใครเคยเห็นกันอย่างชัดเจน) และสองคือความเครียดของนักวิทยาศาสตร์เอง (เพราะทฤษฏีนี้มันสลับซับซ้อน ตามที่เคยเกริ่นมาก่อนแล้ว) ดังนั้นทางออกหนึ่งของมนุษย์ (นักวิทยาศาสตร์) ก็คือการใช้อารมณ์ขันเข้าช่วย (เอ้าจริงๆนะครับเรื่องนี้ไม่ได้พูดเล่นๆ) โดยคนที่เคยอ่านหนังสือตำราทางวิทยาศาสตร์ลักษณะนี้จะเจอบ่อยๆ  ใครไม่เชื่อก็ลองไปพลิกๆดูแล้วจะพบว่าเป็นอย่างที่ผู้เขียนบอก

     ทีนี้กลับมาพูด เรื่องที่เป็นวิชาการกันนะครับ สำหรับรูปร่างของอนุภาคที่เราคุ้นเคย เช่น อีเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน จะมีลักษณะเป็นเม็ดกลมๆเล็กๆ ตามหลักฟิสิกส์ยุคเก่า (CLASSICAL PHYSICS)   เหมือนในรูปก่อนๆที่เห็นผ่านมา แต่เมื่ออ้างอิงด้วยหลักฟิสิกส์ยุคใหม่ (MODERN PHYSICS) มันจะไม่เป็นอย่างนั้น รวมทั้ง อนุภาคพระเจ้าก็ไม่ใช่เม็ดกลมๆ ด้วยเหมือนกัน และแน่นอนมันก็ไม่ได้เป็นรูปดาวสีดำดังที่ปรากฏอยู่ในมุมล่างซ้ายของรูปการ์ตูนด้วย แต่จะเป็นแบบไหนก็ลองมาดูกันต่อไป

     ๔. อนุภาคคลื่นแสง (PHOTON) เริ่มต้นด้วยสิ่งที่พวกเราบางคนอาจจะไม่คุ้นเคย ว่ามันคืออะไร ทำไมคลื่นแสงถึงเป็นอนุภาคด้วย ทั้งนี้เป็นเพราะไปเข้าใจว่าคลื่นแสง (LIGHT WAVE) ซึ่งเป็น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (ELECTROMAGNETIC WAVE) ที่พวกเราคุ้นเคยดี มีลักษณะเป็นคลื่นยาวแบบต่อเนื่อง แล้วทีนี้อนุภาคคลื่นแสงที่ว่ามันเป็นอย่างไรกันละ อันที่จริงแล้วคลื่นแสงที่ช่วยให้เรามองเห็นสิ่งต่างๆนั้น เป็นคลื่นแบบ ก้อนคลื่น (WAVE PACKET) ซึ่งเป็นที่รู้กันดีในนาม โฟตอน (PHOTON) ตามที่แสดงในรูป

รูปคลื่นแบบยาวต่อเนื่อง และแบบเก้อนคลื่น

     ขั้นตอนถัดไป เราจะมาพิจารณารายละเอียดของโฟตอนหรือก้อนคลื่นแสงนี้ให้มากขึ้น เพราะมันจะพื้นฐานที่สำคัญที่ใช้อ้างอิงอยู่เสมอๆ และตาม ทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งบอกว่า อนุภาคพื้นฐานทุกชนิดจะแสดงลักษณะความเป็นคลื่นด้วย (ผู้อ่านไม่ต้องสงสัยครับว่ามันเป็นไปได้อย่างไร เพราะแม้แต่ตัวทฤษฎีเองก็ไม่สามารถอธิบายได้ เพียงแต่สามารถพิสูจน์ได้ว่าเป็นจริง) และหลักการที่ประหลาดของทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมนี้ยังมีอีกเยอะ ซึ่งเราจะพบอีกในโอกาสต่อไป

     สุดท้ายให้เราย้อนกลับมาสังเกตว่า การที่โฟตอนซึ่งมีลักษณะเป็นก้อนคลื่นนี้ย่อมมีความหมายว่า คลื่นแสดงลักษณะความเป็นอนุภาคอยู่ด้วย (ไม่งงนะครับ) ซึ่งจุดนี้สำคัญมากเพราะว่า อนุภาคพื้นฐานทุกชนิดจะมีลักษณะเป็นก้อนคลื่นเหมือนโฟตอน ดังกล่าว แน่นอนถ้าผู้อ่านจะสงสัยในประเด็นนี้ก็ไม่ใช่เรื่องแปลก เพราะมันสลับซับซ้อนที่ต้องอธิบายเพิ่มเติมอีกยืดยาว แต่ว่าไม่ต้องกังวลเพราะผู้เขียนจะไม่ให้เป็นเช่นนั้นแน่ๆ โดยจะพูดถึงในตอนที่ต้องเกี่ยวข้องภายหลัง แต่ตอนนี้จะต้องไปดูว่าโฟตอนเกิดได้อย่างไรก่อน  

     ๔.๑ การเกิดของอนุภาคโฟตอน  ตอนนี้จะไปดูว่าโฟตอนเกิดขึ้นได้อย่างไร  ซึ่งจากรูปด้านซ้ายมือที่แสดงการเกิดโฟตอนขึ้น โดยเมื่ออีเลตรอนในอะตอมที่อยู่ในระดับพลังงานสูง (เพราะได้รับพลังงานภายนอก ซึ่งในรูปก็คือโฟตอนสีแดง) แต่ว่ามันจะไม่เสถียรจึงย้ายลงมาสู่ระดับต่ำที่เสถียรกว่า พร้อมปล่อยพลังงานออกมาในรูปโฟตอน (สีม่วง)

รูปการเกิดโฟตอนจากอะตอมและคุณปู่ไฟแมน

อันที่จริงถึงแม้เรื่องนี้พวกเราส่วนใหญ่คงจะคิดว่ารู้กันดีอยู่แล้ว แต่ผู้เขียนค่อนข้างแน่ใจว่าคงจะ ไม่รู้ว่าอีเล็กตรอนมันปล่อยโฟตอนออกมาได้อย่างไร และไม่ต้องมีความรู้สึกไม่ดีว่าทำไมตัวตูถึงได้ฉลาดน้อยจริงหนอ  เพราะแม้แต่คนระดับปรมาจารย์อย่าง คุณริชาด ไฟแมน (ในรูปด้านขวามือ) ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ฟิสิกส์ระดับรางวัลโนเบล ยังแบะๆเพราะตอบปัญหานี้ที่พ่อตัวเองถามไม่ได้เลย  (สำหรับคุณปู่ไฟแมนนี้เป็น IDOL ของผู้เขียน ซึ่งในโอกาสต่อไปท่านผู้อ่านจะพบว่าผู้เขียนจะพูดถึงค่อนข้างบ่อย ด้วยเหตุผลว่าถึงแม้คุณปู่จะเป็นคนขี้โอ่ แต่ก็คุยสนุก ตรงไปตรงมา และมีสิ่งอื่นๆอีกที่น่าสนใจและน่าติดตาม)  

     ๔.๒ การเคลื่อนที่ของอนุภาคโฟตอน  เนื่องจากโฟตอนมีลักษณะเป็นก้อนคลื่น ดังนั้นการเดินทางของมัน จึงควรที่จะต้องใช้ตัวกลางสำหรับการเคลื่อนที่ (เหมือนกับคลื่นชนิดอื่นๆในธรรมชาติ เช่นคลื่นเสียงซึ่งใช้อากาศเป็นตัวกลางในการเคลื่อนที่) แต่ทีนี้ปัญหามันมีอยู่ว่าตามทฤษฎีสัมพัทธภาพของคุณปู่ไอน์สไตน์บอกว่า อวกาศเป็นที่ว่างเปล่า จึงไม่มีอะไรที่เม็ดคลื่นแสงจะใช้เป็นตัวกลางในการเคลื่อนที่ แล้วทีนี้จะทำอย่างไร บังเอิญโชคดีที่มีคุณปู่ไฟแมนเข้ามาช่วยแก้ปัญหาให้คุณปู่ไอน์สไตน์ (ซึ่งจากการสังเกตของผู้เขียนพบว่ามีอยู่หลายครั้งที่คุณปู่ไฟแมนช่วยแก้ปัญหาให้คุณปู่ไอน์สไตน์ และผู้เขียนจะชี้ให้เห็นอีกเมื่อถึงเวลา)

     ถึงตอนนี้เรามาดูวิธีแก้ปัญหาของคุณปู่ไฟแมน โดยท่านบอกว่า เนื่องจากคลื่นแสง (ก้อนคลื่นโฟตอน) เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งประกอบด้วยคลื่นแม่เหล็กกับคลื่น ไฟฟ้าที่ตั้งฉากและเคลื่อนที่ไปด้วยกัน ดังนั้นมันจะเกื้อหนุนซึ่งกันและกันคือ เมื่อคลื่นแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นหรือลดลงมันก็จะสร้างหรือลดคลื่น ไฟฟ้าไปด้วยพร้อมกัน (หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก) และในทางกลับกัน การเปลี่ยนแปลงของคลื่นไฟฟ้าก็จะทำให้คลื่นแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงตาม (หลักการทำงานของมอเตอร์เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของคลื่นไฟฟ้า)

     การเคลื่อนที่ของแสงโดยใช้หลักการการเกื้อกูลระหว่างคลื่นแม่เหล็กกับคลื่นไฟฟ้า (ตามที่คุณปู่ไฟแมนเสนอดังกล่าว) เมื่อดูเผินๆก็น่าจะ WORK!  แต่เมื่อพิจารณาลงในรายละเอียดจะพบว่ามีปัญหาที่สำคัญคือ มันไม่สอดคล้องกับหลัก PRINCIPLE OF CAUSALITY (CAUSE & EFFECT) ซึ่งเป็นหลักพื้นฐานของธรรมชาติและเป็นเสาหลักของวิทยาศาสตร์ โดยถ้าแปลเป็นไทยแล้วน่าจะเป็นประมาณว่า หลักการที่บอกว่าผลจะเกิดได้เพราะต้องมีเหตุมาก่อน (ถึงตอนนี้พวกเราส่วนใหญ่ที่เป็นพุทธศาสนิกชน คงจะร้องอ๋อ ที่แท้มันน่าจะเป็นหลักอิทัปปัจจยตานั่นเอง) ซึ่งตามหลักนี้คลื่นแม่เหล็กกับคลื่นไฟฟ้า ถ้าจะสร้างกันและกันขึ้นได้ จะต้องไม่เกิดหรือดับพร้อมกัน โดยถ้าพูดเป็นภาษาเทคนิคทางวิศวไฟฟ้าแล้ว มันจะต้อง OUT OF PHASE กัน

     สำหรับประเด็นนี้มีสิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษก็คือ ผู้ที่ชี้ให้เห็นปัญหาของหลักการที่คุณปู่ไฟแมนเสนอนี้ แทนที่จะเป็นคนระดับศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์เหมือนกัน แต่กลับเป็น ศาสตราจารย์ด้านวิศวไฟฟ้า คือคุณปู่เจฟฟิแมงโก (OLEG D. JEFIMENKO) ซึ่งเมื่อเป็นดังนี้ สงครามระหว่างสีน่าจะต้องเกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ (สนุกกันแน่ๆคราวนี้) และในตอนต่อไปเราจะมาดูกันว่า เมื่อแนวคิดที่คุณปู่ไฟแมนเสนอมีปัญหาว่า น่าจะไม่ถูกต้อง แล้วที่ถูกและควรจะเป็นนั้นเป็นอย่างไร และแนวคิดของนักฟิสิกส์จะเหมือนหรือต่างกับของวิศวกรหรือไม่อย่างไร    

     แต่ก่อนจะจบบทความในตอนนี้ขอสรุปว่า เราได้รู้แล้วว่า อนุภาคพระเจ้า (หรือแม้แต่อนุภาคอื่นๆในเอกภพ) ไม่ได้เป็นลูกกลมๆอย่างที่เราคิด แต่เป็นก้อนคลื่นเหมือนอนุภาคแสง ซึ่งเป็นเรื่องที่เราคิดไม่ถึง และเราจะพูดถึงอีกในโอกาสที่เหมาะสมต่อไปว่าทำไมมันถึงเป็นอย่างนั้น