เต๋าแห่งฟิสิกส์

บทที่ 1 ฟิสิกส์สมัยใหม่
บทที่ 2 การรู้และการเห็น
บทที่ 3 พ้นภาษา
บทที่ 4 ฟิสิกส์แนวใหม่
บทที่ 5 ศาสนาฮินดู
บทที่ 6 พุทธศาสนา
บทที่ 7 ปรัชญาจีน
บทที่ 8 ลัทธิเต๋า
บทที่ 9 นิกายเซน
บทที่ 10 เอกภาพแห่งสรรพสิ่ง
บทที่ 11 เหนือโลกแห่งความขัดแย้ง
บทที่ 12 จักรวาลอันเคลื่อนไหว
บทที่ 13 ความว่างและรูปลักษณ์

บทที่ 4 ฟิสิกส์แนวใหม่

4.3 ความเข้าใจเรื่องแสง

ความเข้าใจเช่นว่านี้มิได้เกิดขึ้นอย่างกะทันหัน แต่ได้เริ่มขึ้นโดยพัฒนาการในศตวรรษที่ 19 ซึ่งได้แผ้วถางทางสำหรับการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ในรุ่นของเรา งานชิ้นแรกในกระบวนพัฒนาการนี้คือการค้นพบและศึกษาสำรวจปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก ซึ่งไม่อาจอธิบายได้อย่างเหมาะสมโดยทฤษฎีทางกลศาสตร์ โดยที่มันเกี่ยวข้องกับแรงชนิดใหม่ ก้าวสำคัญนี้เริ่มโดยไมเคิล ฟาเรเดย์และเคลิร์ก แมกซ์เวลส์ ท่านแรกนั้นเป็นนักทดลองผู้ยิ่งใหญ่ที่สุดคนหนึ่งในประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ และท่านที่สองนั้นเป็นนักทฤษฎีที่ปราดเปรื่อง เมื่อฟาราเดย์ผลิตกระแสไฟฟ้าในขดลวดทองแดงได้โดยการเลื่อนแท่งแม่เหล็กไปมาใกล้ ๆ ขดลวด เขาได้เปลี่ยนงานทางกลศาสตร์ในการเลื่อนแท่งแม่เหล็กเป็นพลังงานไฟฟ้า เขาได้นำวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีทางวิศวกรรมไฟฟ้าอย่างมากมายมหาศาล ในอีกด้านหนึ่งมันได้เป็นพื้นฐานของการคาดการณ์ทางทฤษฏีของเขาและแมกซ์เวลส์ ซึ่งในที่สุดส่งผลเป็นทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าที่สมบูรณ์ ฟาราเดย์และแมกซ์เวลส์มิได้ศึกษาแต่เพียงผลที่เกิดขึ้นจากแรงไฟฟ้าและแม่เหล็ก แต่ได้ศึกษาแรงนั้น ๆ เองโดยตรง พวกเขาได้สร้างความคิดในเรื่องสนามของแรงขึ้นมาแทนความคิดเรื่องแรงดั้งเดิม ในการทำเช่นนั้นพวกเขาได้เป็นคนกลุ่มแรกที่ไปไกลกว่าฟิสิกส์แบบนิวตัน แทนที่จะอธิบายแรงกระทำระหว่างประจุบวกและลบอย่างง่าย ๆ ว่าเป็นแรงดึงดูดระหว่างประจุทั้งสอง เช่นเดียวกับที่มวลสารสองอันกระทำต่อกันในกลศาสตร์แบบนิวตัน ฟาราเดย์และแมกซ์เวลส์พบว่าควรที่จะอธิบายว่า ประจุแต่ละชนิดสร้าง “กระแสรบกวน” หรือ “เงื่อนไข” ขึ้นในที่ว่างรอบ ๆ ตัวมัน ซึ่งเมื่อมีประจุอื่น ๆ อยู่ด้วย มันจะรู้สึกว่ามีแรงกระทำต่อมัน เงื่อนไขที่เกิดในที่ว่างรอบ ๆ ประจุซึ่งมีศักยภาพแห่งการสร้างแรงขึ้นนี้เรียกว่าสนาม (Field) มันเกิดจากประจุเดี่ยว ๆ อันหนึ่ง และคงอยู่แม้ว่าจะมีหรือไม่มีประจุอื่น ๆ อยู่ก็ตาม

นี่เป็นการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในความคิดของมนุษย์ในเรื่องความจริงทางฟิสิกส์ ในทัศนะของนิวตัน แรงเกี่ยวโยงกับวัตถุที่มันกระทำอย่างไม่อาจแยกจากกัน ในปัจจุบัน ความคิดเรื่องแรงถูกแทนที่ด้วยความคิดเรื่องสนามที่ลึกซึ้งกว่า ซึ่งมีความจริงของมันเอง และเราศึกษามันได้โดยไม่ต้องอ้างโยงถึงตัววัตถุ จุดสูงสุดของทฤษฎีนี้คือพลศาสตร์ไฟฟ้า (Electrodynamics) ซึ่งเป็นการเข้าใจชัดเจนว่า แสงมิใช่อะไรอื่นนอกจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งสลับไปมาอย่างรวดเร็ว เคลื่อนที่ผ่านอวกาศในรูปของคลื่น ในปัจจุบันเราทราบว่าคลื่นวิทยุ คลื่นแสง หรือรังสีเอกซ์ ทั้งหมดเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กซึ่งสั่นด้วยความถี่ที่แตกต่างกัน และแสงที่เราสามารถเห็นได้นั้น เป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ส่วนหนึ่งในแถบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมด ถึงแม้จะมีการเปลี่ยนแปลงที่ก้าวหน้ามากถึงเพียงนี้ ในชั้นต้น กลศาสตร์แบบนิวตันก็ยังเป็นพื้นฐานของวิชาฟิสิกส์ทั้งมวล แมกซ์เวลส์เองพยายามที่จะอธิบายผลการทดลองของเขาในแง่กลศาสตร์ โดยอธิบายว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นความเค้นทางกลศาสตร์ (Mechnical Stress) ของตัวกลาง ซึ่งมีความเบามากและครอบคลุมทั่วอวกาศ เรียกว่าอีเทอร์ และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก็คือคลื่นแห่งความยืดหยุ่นของอีเทอร์ การอธิบายต้องเป็นไปเช่นนั้นเพราะในความเข้าใจทั่วไป คลื่นเกิดจากการสั่นสะเทือนของบางสิ่ง เช่น คลื่นน้ำเป็นการสั่นสะเทือนของน้ำ คลื่นเสียงเป็นการสั่นสะเทือนของอวกาศ เป็นต้น อย่างไรก็ตาม แมกซ์เวลส์ใช้คำอธิบายทางกลศาสตร์หลายๆด้านพร้อมกันในการอธิบายทฤษฏีของเขา และไม่ถือเป็นจริงเป็นจังกับคำอธิบายเหล่านั้น เขาต้องเข้าใจอย่างลึกซึ้ง ถึงแม้จะไม่ได้แสดงออกมาอย่างชัดแจ้งว่าความจริงพื้นฐานในทฤษฏีของเขาก็คือสนาม มิใช่แบบจำลองทางกลศาสตร์ ห้าสิบปีต่อมาไอน์ไสตน์จึงได้ประจักษ์ในความจริงอันนี้ เมื่อเขาประกาศว่า ไม่มีอีเทอร์ และสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสิ่งที่มีจริงในทางฟิสิกส์ โดยตัวของมันเองสามารถเคลื่อนที่ผ่านอวกาศอันว่างเปล่า และไม่อาจอธิบายได้โดยอาศัยกลศาสตร์ ดังนั้นถึงตอนต้นของศตวรรษที่ 20 นักฟิสิกส์จึงได้ค้นพบทฤษฎีที่ประสบความสำเร็จสองทฤษฎีด้วยกัน ซึ่งสามารถนำไปใช้อธิบายปรากฏการณ์ที่ต่างกัน คือ กลศาสตร์ของนิวตัน และพลศาสตร์ไฟฟ้าของแมกซ์เวลส์ ดังนั้นแบบจำลองของนิวตันจึงมิได้เป็นพื้นฐานของฟิสิกส์ทั้งมวลอีกต่อไป

<< ย้อนกลับ | หน้าถัดไป >>