Newsletter subscribe
A Brief History of Time

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#39 บทที่ 6 หลุมดำ : ดาวมืด

Posted: 19/11/2021 at 11:14   /   A Brief History of Time, Universe

คำว่าหลุมดำมีต้นกำเนิดมาไม่นาน มันถูกประกาศในปี 1969 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน จอห์น วีลเลอร์ (John Wheeler) เพื่อเป็นคำอธิบายภาพเกี่ยวกับแนวคิดที่ย้อนกลับไปอย่างน้อยสองร้อยปี จนถึงช่วงเวลาที่มีทฤษฎีเกี่ยวกับแสงสองทฤษฎี ทฤษฎีหนึ่งของนิวตัน – แสงประกอบด้วยอนุภาค; อีกทฤษฎีหนึ่ง – แสงสร้างมาจากคลื่น ตอนนี้เรารู้แล้วว่าจริง ๆ แล้วทั้งสองทฤษฎีนั้นถูกต้อง ทวิภาคของคลื่น–อนุภาค (wave/particle duality) ของกลศาสตร์ควอนตัม ถือได้ว่าแสงเป็นทั้งคลื่นและอนุภาค  ภายใต้ทฤษฎีที่ว่าแสงเป็นคลื่น ยังไม่ชัดเจนว่าแสงจะตอบสนองต่อความโน้มถ่วงอย่างไร แต่ถ้าแสงประกอบด้วยอนุภาค พวกมันจะได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงในลักษณะเดียวกับลูกกระสุนปืนใหญ่ จรวด และดาวเคราะห์ ตอนแรกผู้คนคิดว่าอนุภาคของแสงเดินทางด้วยความเร็วอย่างไม่มีที่สิ้นสุด ดังนั้นแรงโน้มถ่วงจะไม่สามารถทำให้พวกมันช้าลงได้ แต่การค้นพบโดย โรเมอร์ (Roemer) ที่ว่าแสงเดินทางด้วยความเร็วจำกัดหมายความว่าความโน้มถ่วงอาจมีผลกระทบที่สำคัญ   จากข้อสันนิษฐานนี้ จอห์น มิเชลล์ (John Michell) แห่งเคมบริดจ์ ดอน เขียนบทความในปี 1783 ซึ่งตีพิมพ์โดยราชสมาคมแห่งลอนดอน เขาชี้ให้เห็นว่าดาวฤกษ์ที่มีมวลและความหนาแน่นเพียงพอจะมีสนามโน้มถ่วงที่แรงมากจนแสงไม่สามารถหลบหนีได้ แสงใดๆ ที่เปล่งออกมาจากพื้นผิวของดาวฤกษ์จะถูกดึงกลับโดยแรงดึงดูดของดาวฤกษ์ก่อนที่มันจะไปได้ไกล มิเชลล์แนะนำว่าอาจมีดาวแบบนี้เป็นจำนวนมาก แม้ว่าเราจะมองไม่เห็นพวกมัน เพราะแสงจากพวกมันไม่มาถึงเรา แต่เราอาจรับรู้ถึงแรงดึงดูดของพวกมัน วัตถุดังกล่าวเป็นสิ่งที่เราเรียกว่า […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#38 บทที่ 5 อนุภาคมูลฐานและแรงแห่งธรรมชาติ : สมมาตร CPT

Posted: 10/11/2021 at 11:15   /   A Brief History of Time, Universe

แม้ว่าการสังเกตการสลายตัวของโปรตอนที่เกิดขึ้นเองทำได้ยาก แต่ก็อาจเป็นไปได้ว่าการมีอยู่ของมนุษย์เราเป็นผลมาจากกระบวนการย้อนกลับของการผลิตโปรตอน หรือพูดง่ายๆ ก็คือ ของควาร์ก จักรวาลเริ่มต้นด้วยการมีจำนวนควาร์กและแอนติคาวร์กเท่ากัน สสารบนโลกประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนเป็นส่วนใหญ่ซึ่งประกอบขึ้นจากควาร์ก ไม่มีแอนติโปรตอนหรือแอนตินิวตรอนที่สร้างขึ้นจากแอนติควาร์ก ยกเว้นบางตัวที่นักฟิสิกส์สร้างขึ้นมาในเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ เรามีหลักฐานจากรังสีคอสมิกว่าไม่มีแอนติโปรตอนหรือแอนตินิวตรอนในกาแล็กซี่ของเรา ยกเว้นคู่ของอนุภาค/ปฏิอนุภาคจำนวนเล็กน้อยที่ถูกสร้างขึ้นในการชนกันที่พลังงานสูงในเครื่องเร่งอนุภาค หากจักรวาลของเรามีปฏิสสารจำนวนมาก เราจะพบการแผ่รังสีในปริมาณมากที่มีผลมาจากการชนกันของสสารกับปฏิสสาร ทำลายล้างซึ่งกันและกันและปล่อยพลังงานออกมา   เราไม่มีหลักฐานโดยตรงว่าสสารในกาแล็กซี่อื่นประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนหรือแอนติโปรตอนและแอนตินิวตรอนหรือไม่ แต่จะต้องเป็นอย่างใดอย่างหนึ่งเท่านั้น ไม่สามารถมีองค์ประกอบผสมในกาแล็กซี่เดียวกันได้ การศึกษาทำได้โดยสังเกตการแผ่รังสีจำนวนมากจากการทำลายล้างของสสารกับปฏิสสาร ดังนั้นเราจึงเชื่อว่ากาแล็กซี่ทั้งหมดประกอบด้วยควาร์กมากกว่าแอนติควาร์ก ดูเหมือนไม่น่าเป็นไปได้ที่กาแล็กซี่บางแห่งจะมีทั้งมีสสารและปฏิสสารอยู่ด้วยกัน   ทำไมจึงควรมีควาร์กมากกว่าแอนติควาร์กเป็นจำนวนมาก? ทำไมควาร์กและแอนติควาร์กมีจำนวนไม่เท่ากัน? นับว่าโชคดีสำหรับเราที่ตัวเลขไม่เท่ากัน เพราะหากพวกมันเท่ากัน ควาร์กและแอนติควาร์กเกือบทั้งหมดจะทำลายล้างกันและกันในจักรวาลยุคแรกและปล่อยให้จักรวาลเต็มไปด้วยรังสี แทบจะไม่มีสสารอะไรเลย จากนั้นจะไม่มีกาแล็กซี ดาวฤกษ์ หรือดาวเคราะห์ใดๆ ที่ชีวิตมนุษย์สามารถพัฒนาได้ โชคดีที่ทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ (Grand unified theories; GUTs) อาจให้คำอธิบายว่าเหตุใดจักรวาลจึงควรมีควาร์กมากกว่าแอนติควาร์ก แม้ว่าจักรวาลจะเริ่มด้วยจำนวนที่เท่ากันของควาร์กและแอนติควาร์ก ดังที่เราได้เห็นแล้ว GUTs ยอมให้ควาร์กเปลี่ยนเป็นแอนติอิเล็กตรอน (positron) ที่พลังงานสูง GUTs ยังอนุญาตให้มีกระบวนการย้อนกลับ แอนติควาร์กเปลี่ยนเป็นอิเล็กตรอน และอิเล็กตรอนและแอนติอิเล็กตรอนเปลี่ยนเป็นแอนติควาร์กและควาร์ก มีช่วงเวลาหนึ่งในจักรวาลยุคแรกๆ ที่มันร้อนมากจนมีพลังงานสูงเพียงพอสำหรับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ แต่ทำไมสิ่งนี้ถึงนำไปสู่ควาร์กมากกว่าแอนติควาร์ก? เหตุผลก็คือกฎของฟิสิกส์ใช้ไม่ได้กับอนุภาคและปฏิอนุภาคในลักษณะเดียวกัน ส่งผลให้เกิดความไม่สมดุลที่เราเห็นในปัจจุบัน ผู้เขียน : […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#37 บทที่ 5 อนุภาคมูลฐานและแรงแห่งธรรมชาติ : ทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่

Posted: 03/11/2021 at 10:35   /   A Brief History of Time, Universe

รูปที่ 5.2 แสดงภาพถ่ายของการชนกันระหว่างโปรตอนพลังงานสูงกับแอนติโปรตอน ความสำเร็จของการรวมตัวของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน ทำให้เกิดความพยายามที่จะรวมแรงทั้งสองนี้เข้ากับแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม จนกลายเป็นสิ่งที่เรียกว่า ทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ (หรือ GUTs) ชื่อนี้ค่อนข้างเกินจริง: ทฤษฎีนี้ไม่ได้ยิ่งใหญ่ขนาดนั้น และไม่ได้รวมเป็นหนึ่งเดียวอย่างสมบูรณ์ เนื่องจากไม่ได้รวมแรงโน้มถ่วงเข้าไปด้วย และไม่ใช่ทฤษฎีที่สมบูรณ์จริงๆ เพราะมีค่าพารามิเตอร์จำนวนหนึ่งซึ่งไม่สามารถทำนายจากทฤษฎีนี้ได้ แต่ต้องเลือกให้เหมาะสมกับการทดลอง อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้อาจเป็นขั้นตอนหนึ่งสู่ทฤษฎีที่สมบูรณ์และเป็นหนึ่งเดียวอย่างสมบูรณ์ แนวคิดพื้นฐานของ GUTs มีดังนี้: ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น แรงนิวเคลียร์อย่างเข้มจะอ่อนลงเมื่อมีพลังงานสูง ในทางกลับกัน แรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนจะแข็งแกร่งขึ้นด้วยพลังงานสูง ที่พลังงานที่สูงมากซึ่งเรียกว่าพลังงานการรวมตัวครั้งใหญ่ แรงทั้งสามนี้จะมีความแข็งแกร่งเท่ากัน และอาจเป็นเพียงแง่มุมที่แตกต่างกันของแรงเดียวกัน GUTs ยังทำนายว่าด้วยพลังงานนี้ อนุภาคสปิน-½ ที่แตกต่างกัน เช่น ควาร์กและอิเล็กตรอน ทั้งหมดจะเหมือนกัน และทำให้เกิดการรวมตัวกัน   ค่าของพลังงานการรวมตัวครั้งใหญ่นั้นไม่เป็นที่ทราบกันดีนัก แต่อาจต้องมีอย่างน้อยหนึ่งพันล้านล้าน GeV เครื่องเร่งอนุภาครุ่นปัจจุบันสามารถชนอนุภาคด้วยพลังงานประมาณหนึ่งร้อย GeV และมีการวางแผนเครื่องจักรที่จะเพิ่มพลังงานเป็นสองสามพัน GeV แต่เครื่องจักรที่มีพลังมากพอที่จะเร่งอนุภาคให้กลายเป็นพลังงานการรวมตัวครั้งใหญ่จะต้องมีขนาดใหญ่เท่ากับระบบสุริยะ—และไม่น่าจะได้รับการสนับสนุนในภาวะเศรษฐกิจปัจจุบัน ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะทดสอบทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ (GUTs) โดยตรงในห้องปฏิบัติการ อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับในกรณีของทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าและทฤษฎีเอกภาพอย่างอ่อน ที่พลังงานต่ำอาจสามารถทดสอบทฤษฎีนี้ได้   ทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ (GUTs) นักฟิสิกส์กำลังไล่ตามแนวคิดที่ว่าแรงพื้นฐานทั้งสี่อาจมีความเกี่ยวข้องกันและเกิดขึ้นจากแรงเดียวในจักรวาล […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#36 บทที่ 5 อนุภาคมูลฐานและแรงแห่งธรรมชาติ : แรงพื้นฐานทั้งสี่ – Stronge Nuclear Force

Posted: 25/10/2021 at 12:00   /   A Brief History of Time, Universe

แรงประเภทที่สี่คือแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม ซึ่งยึดควาร์กไว้ด้วยกันในโปรตอนและนิวตรอน และยึดโปรตอนและนิวตรอนไว้ด้วยกันในนิวเคลียสของอะตอม เชื่อกันว่าแรงนี้ถูกพาโดยอนุภาคที่มีสปิน -1 ที่เรียกว่า กลูออน (gluon) ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับตัวมันเองและกับควาร์กเท่านั้น แรงนิวเคลียร์อย่างเข้มมีคุณสมบัติที่น่าสนใจที่เรียกว่า การกักขัง (confinement) : มันมักจะจับอนุภาคเข้าด้วยกันเป็นองค์ประกอบที่ไม่มีสี ควาร์กไม่สามารถอยู่ตัวเดียวโดยอิสระได้ เพราะมันจะมีสี (แดง เขียว หรือน้ำเงิน) ควาร์กสีแดงกับควาร์กสีเขียวและสีน้ำเงินถูกเชื่อมเข้าด้วยกันโดย “สตริง” ของกลูออน (แดง + เขียว + น้ำเงิน = ขาว) กลายเป็นโปรตอนหรือนิวตรอน ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือคู่ที่ประกอบด้วยควาร์กและแอนติควาร์ก (สีแดง + แอนติเรด หรือสีเขียว + แอนติกรีน หรือสีน้ำเงิน + แอนติบลู = สีขาว) การรวมกันของควาร์กและแอนติควาร์กจะสร้างอนุภาคที่ไม่เสถียรที่เรียกว่า มีซอน (mesons) เนื่องจากควาร์กและแอนติควาร์กสามารถทำลายล้างซึ่งกันและกัน ทำให้เกิดอิเล็กตรอนและอนุภาคอื่นๆ ในทำนองเดียวกัน การกักขังจะป้องกันไม่ให้มีกลูออนอยู่เพียงลำพัง เนื่องจากพวกมันมีสีเช่นกัน และอนุภาคจะต้องมีกลูออนที่มีสีรวมกันเป็น “สีขาว” จึงจะคงที่ คอลเล็กชันดังกล่าวก่อให้เกิดอนุภาคที่ไม่เสถียรที่เรียกว่า กลูบอล […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#35 บทที่ 5 อนุภาคมูลฐานและแรงแห่งธรรมชาติ : แรงพื้นฐานทั้งสี่ – Weak Nuclear Force

Posted: 20/10/2021 at 12:48   /   A Brief History of Time, Universe

แรงประเภทที่สามเรียกว่าแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน ซึ่งมีหน้าที่ในการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสีและกระทำกับอนุภาคที่มีการหมุนหรือสปิน ½ ทั้งหมด แต่ไม่ส่งผลต่ออนุภาคที่มีสปิน 0, 1 หรือ 2 อย่างเช่น โฟตอนและกราวิตอน แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนยังไม่เป็นที่เข้าใจกันจนถึงปี 1967 เมื่อ อับดัส ซาลาม (Abdus Salam) ทำงานที่ Imperial College ณ กรุงลอนดอน และ สตีเวน ไวน์เบิร์ก (Steven Weinberg) ทำงานที่ Harvard university ต่างก็เสนอทฤษฎีที่รวมแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าเข้าด้วยกัน เช่นเดียวกับที่เจมส์ เคลิร์ก แมกซ์เวลล์ (James Clerk Maxwell) ได้รวมไฟฟ้าและแม่เหล็กเป็นอันหนึ่งอันเดียวกันเมื่อประมาณหนึ่งร้อยปีก่อน  พวกเขาระบุว่านอกจากโฟตอนแล้ว ยังมีอนุภาคที่มีสปิน-1 อีกสามอนุภาค ที่เรียกว่า โบซอน (Bosons) ซึ่งเป็นตัวกลางในการส่งผ่านแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน โบซอนทั้งสามได้แก่ W+ , W– และ Z แต่ละตัวมีมวลประมาณ 100 GeV […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#34 บทที่ 5 อนุภาคมูลฐานและแรงแห่งธรรมชาติ : แรงพื้นฐานทั้งสี่ – Electromagnetic Force

Posted: 20/09/2021 at 13:07   /   A Brief History of Time, Universe

หมวดหมู่ถัดไปคือแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งทำปฏิกิริยากับอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า เช่น อิเล็กตรอนและควาร์ก แต่ไม่ทำปฏิกิริยากับอนุภาคที่ไม่มีประจุ เช่น กราวิตอน แรงแม่เหล็กไฟฟ้าแข็งแกร่งกว่าแรงโน้มถ่วงมาก: แรงแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างอิเล็กตรอนสองตัว มีค่าใหญ่กว่าแรงโน้มถ่วง หนึ่งล้านล้านล้านล้านล้านล้านล้าน (1 กับศูนย์สี่สิบสองตัว) เท่า อย่างไรก็ตาม ประจุไฟฟ้ามี 2 แบบ คือ ประจุบวกและประจุลบ หากประจุสองประจุตรงกัน เช่น ประจุบวกกับประจุบวก หรือ ประจุลบกับประจุลบ ประจุทั้งสองจะผลักกัน ในขณะที่ประจุที่ตรงข้ามกันจะดึงดูดกัน วัตถุขนาดใหญ่ เช่น โลกหรือดวงอาทิตย์ มีประจุบวกและประจุลบเกือบเท่ากัน ดังนั้นแรงดึงดูดและแรงผลักระหว่างอนุภาคแต่ละตัวเกือบจะหักล้างกันหมด ทำให้มีแรงแม่เหล็กไฟฟ้าสุทธิน้อยมาก อย่างไรก็ตาม ในระดับอะตอมและโมเลกุล แรงแม่เหล็กไฟฟ้าครอบงำกิจกรรมทั้งหมด แรงดึงดูดทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างอิเล็กตรอนที่มีประจุลบและโปรตอนที่มีประจุบวกในนิวเคลียส ทำให้อิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสของอะตอม เช่นเดียวกับแรงดึงดูดของโลกทำให้โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ แรงดึงดูดทางแม่เหล็กไฟฟ้านั้นเกิดจากการแลกเปลี่ยนโฟตอนเสมือน (virtual photon) ซึ่งเป็นอนุภาคไร้มวลที่มีสปิน 1 อย่างไรก็ตาม เมื่ออิเล็กตรอนเปลี่ยนวงโคจรไปยังวงโคจรที่เข้าใกล้นิวเคลียส พลังงานและโฟตอนจริง (real photon) จะถูกปล่อยออกมา โฟตอนจริงเป็นแสงที่มองเห็นได้ซึ่งสามารถมองเห็นได้ด้วยตามนุษย์และสามารถบันทึกเป็นภาพถ่ายได้ ในทำนองเดียวกัน เมื่ออิเล็กตรอนเปลี่ยนวงโคจรไปยังวงโคจรที่อยู่ไกลจากนิวเคลียส อิเล็กตรอนจะดูดซับพลังงานของโฟตอน   […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#33 บทที่ 5 อนุภาคมูลฐานและแรงแห่งธรรมชาติ : แรงพื้นฐานทั้งสี่ – Gravitational Force

Posted: 03/09/2021 at 14:00   /   A Brief History of Time, Universe

ในกลศาสตร์ควอนตัม อนุภาคที่มีการหมุน (spin) 0, 1 หรือ 2 เป็นตัวนำพาแรงหรือปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคสสารทั้งหมด อนุภาคของสสารเช่น อิเล็กตรอนหรือควาร์ก จะปล่อยอนุภาคนำพาแรงต่างๆ ออกมา การปล่อยนี้ทำให้อนุภาคสสารมีการหดตัวและเปลี่ยนความเร็ว อนุภาคนำพาแรง (force-carrying particle) เมื่อชนกับอนุภาคสสารอื่นจะถูกดูดกลืน ซึ่งส่งผลต่อความเร็วของอนุภาคสสารที่สองนี้ด้วย ราวกับว่ามีแรงระหว่างอนุภาคสสารทั้งสอง อนุภาคนำพาแรงเหล่านี้ไม่เป็นไปตามหลักการกีดกันของเพาลี (Pauli exclusion principle) ซึ่งหมายความว่า เป็นอนุภาคที่สามารถแลกเปลี่ยนกันได้โดยไม่จำกัดจำนวน ดังนั้นจึงสามารถก่อให้เกิดพลังที่แข็งแกร่งได้ อย่างไรก็ตาม อนุภาคนำพาแรงที่มีมวลมาก การผลิตและแลกเปลี่ยนอนุภาคดังกล่าวในระยะทางไกลทำได้ยาก ดังนั้นแรงที่พวกมันนำพาจะมีเพียงระยะสั้นเท่านั้น ในทางกลับกัน ถ้าอนุภาคนำพาแรงที่ไม่มีมวล แรงที่พวกมันนำพาจะไปได้ไกล กล่าวกันว่าอนุภาคนำพาแรงเป็นอนุภาคเสมือน (virtual particle) เนื่องจากเครื่องตรวจจับอนุภาคไม่สามารถตรวจจับอนุภาคเหล่านี้ได้โดยตรง อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์รู้ว่าพวกมันมีอยู่จริง เพราะสามารถวัดผลกระทบที่เกิดจากพวกมันได้ นั่นคือ พวกมันก่อให้เกิดแรงระหว่างอนุภาคของสสาร อนุภาคที่มีการหมุน (spin) 0, 1 หรือ 2 ในบางกรณีเป็นอนุภาคจริง (real particle) เนื่องจากสามารถตรวจจับได้โดยตรง พวกมันปรากฏแก่เราในลักษณะคลื่น เช่น คลื่นแสงหรือคลื่นความโน้มถ่วง […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#32 บทที่ 5 อนุภาคมูลฐานและแรงแห่งธรรมชาติ : สสารและปฏิสสาร

Posted: 17/08/2021 at 11:52   /   A Brief History of Time, Universe

ความเข้าใจที่ถูกต้องเกี่ยวกับอิเล็กตรอนและอนุภาคที่มีการหมุน (สปิน) -½ อื่นๆ ยังไม่เกิดขึ้น จนกระทั่งปี 1928 เมื่อทฤษฎีหนึ่งได้ถูกเสนอโดย Paul Dirac ซึ่งเป็นผู้ได้รับเลือกให้ดำรงตำแหน่ง Lucasian Professorship of Mathematics ที่เคมบริดจ์ (ตำแหน่งศาสตราจารย์เดียวกันกับที่นิวตันเคยดำรงตำแหน่ง) ทฤษฎีของ Dirac เป็นทฤษฎีแรกที่รวมกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเข้าด้วยกัน มันใช้คณิตศาสตร์อธิบายว่าทำไมอิเล็กตรอนถึงมีการหมุน ½; นั่นคือเหตุผลที่มันดูไม่เหมือนเดิมถ้าคุณหมุนมันเพียงรอบเดียว คุณต้องหมุนมันถึงสองรอบเพื่อให้กลับมาเหมือนเดิมอีกครั้ง นอกจากนี้ทฤษฎีของ Dirac ยังทำนายว่าอิเล็กตรอนควรมีคู่แฝด: แอนติอิเล็กตรอน (antielectron) หรือโพซิตรอน (positron) การค้นพบโพซิตรอนในปี 1932 ยืนยันการทำนายของทฤษฎีของ Dirac ซึ่งทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1933 ตอนนี้เรารู้แล้วว่าอนุภาคทุกตัวมีปฏิอนุภาค (antiparticle) ซึ่งสามารถทำลายล้างซึ่งกันและกัน  อาจมีทั้งโลกและแอนติเวิร์ล (antiworld) ที่ประกอบด้วยแอนติพีเพิล (antipeople) ที่ถูกสร้างจากปฏิอนุภาค (antiparticle) อย่างไรก็ตาม หากคุณพบคู่แฝดของคุณ อย่าจับมือ! คุณทั้งคู่จะหายวับไปพร้อมกับแสงจ้า มีคำถามว่า ทำไมถึงมีอนุภาคมากกว่าปฏิอนุภาค ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่ง และฉันจะกลับมากล่าวถึงเรื่องนี้ในบทต่อไป   […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#31 บทที่ 5 อนุภาคมูลฐานและแรงแห่งธรรมชาติ : การมองดูอะตอมและการหมุนของอนุภาค

Posted: 01/08/2021 at 11:18   /   A Brief History of Time, Universe

ตอนนี้เรารู้แล้วว่าอะตอมหรือโปรตอนและนิวตรอนภายในอะตอมยังสามารถแบ่งแยกได้อีก ดังนั้นคำถามคือ อะไรคืออนุภาคมูลฐานที่แท้จริง ซึ่งเป็นหน่วยการสร้างพื้นฐานที่ใช้สร้างทุกสิ่งทุกอย่าง เนื่องจากความยาวคลื่นของแสงนั้นใหญ่กว่าขนาดของอะตอมมาก เราจึงไม่สามารถ “มอง” ส่วนต่างๆ ของอะตอมในลักษณะปกติได้ เราจำเป็นต้องใช้สิ่งที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่ามาก ดังที่เราเห็นในบทที่แล้ว กลศาสตร์ควอนตัมบอกเราว่าจริงๆ แล้วอนุภาคทั้งหมดเป็นคลื่น และยิ่งพลังงานของอนุภาคสูงเท่าใด ความยาวคลื่นที่สอดคล้องกันก็จะยิ่งเล็กลงเท่านั้น ดังนั้นคำตอบที่ดีที่สุดที่เราสามารถให้สำหรับคำถามของเรานั้น ขึ้นอยู่กับว่าเรามีพลังงานของอนุภาคสูงแค่ไหน เพราะสิ่งนี้เป็นตัวกำหนดว่าเราจะสามารถมองเห็นสิ่งเล็กๆได้ขนาดไหน พลังงานของอนุภาคเหล่านี้มักจะวัดเป็นหน่วยที่เรียกว่า อิเล็กตรอนโวลต์ (ในการทดลองของทอมสันกับอิเล็กตรอน เราเห็นว่าเขาใช้สนามไฟฟ้าเร่งอิเล็กตรอน พลังงานที่อิเล็กตรอนได้รับจากสนามไฟฟ้า 1 โวลต์ เรียกว่า อิเล็กตรอนโวลต์) ในศตวรรษที่ 19 มีเพียงพลังงานของอนุภาคที่ผู้คนรู้วิธีใช้เท่านั้นคือ พลังงานต่ำ 2-3 อิเล็กตรอนโวลต์ที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมี เช่น การเผาไหม้ แต่ก่อนเชื่อกันว่าอะตอมเป็นหน่วยที่เล็กที่สุด ในการทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด อนุภาคแอลฟามีพลังงานเป็นล้านอิเล็กตรอนโวลต์ ไม่นานมานี้เราได้เรียนรู้วิธีใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อให้พลังงานแก่อนุภาคตั้งแต่แรกเริ่มนับล้านอิเล็กตรอนโวลต์ และจากนั้นก็เพิ่มเป็นพันๆ ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ ทำให้เรารู้ว่าอนุภาคที่เชื่อว่าเป็น “อนุภาคมูลฐาน” เมื่อสามสิบปีก่อนนั้น อันที่จริงประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กกว่า นักวิทยาศาสตร์ตั้งเป้าที่จะควบคุมพลังงานที่สูงกว่าที่เคย เพื่อดูอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่าที่เคย สิ่งนี้เป็นไปได้อย่างแน่นอน แต่เรามีเหตุผลทางทฤษฎีบางประการที่เชื่อว่าเรามีความรู้เกี่ยวกับองค์ประกอบพื้นฐานของธรรมชาติและได้พบอนุภาคที่เล็กที่สุดแล้ว   การมองดูอะตอม กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (Optical microscope) มีมานานหลายปีแล้ว […]

No Comments read more

ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#30 บทที่ 5 อนุภาคมูลฐานและแรงแห่งธรรมชาติ : ควาร์ก

Posted: 20/07/2021 at 16:05   /   A Brief History of Time, Universe

มาถึงตอนนี้ มีข้อสงสัยแล้วว่าอะตอมเหล่านี้ไม่สามารถแบ่งแยกได้ เมื่อหลายปีก่อน เจ. เจ. ทอมสัน (J.J. Thomson) แห่งวิทยาลัยทรินิตีในเคมบริดจ์ ได้สาธิตการมีอยู่ของอนุภาคของสสารที่เรียกว่า “อิเล็กตรอน” ซึ่งมีมวลน้อยกว่าหนึ่งในพันของอะตอมที่เบาที่สุด (อะตอมของธาตุไฮโดรเจน-ผู้เขียน) เจ. เจ. ทอมสัน เริ่มทดลองกับหลอดรังสีแคโทดซึ่งเป็นหลอดแก้วเหมือนหลอดภาพทีวีสมัยใหม่ ไส้หลอดโลหะที่ร้อนจะปล่อยอิเล็กตรอน และเนื่องจากอิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ จึงสามารถใช้สนามไฟฟ้าเพื่อเร่งพวกมันไปกระทบหน้าจอที่เคลือบด้วยสารเรืองแสงได้ เมื่ออิเล็กตรอนชนหน้าจอ จะเกิดแสงวาบขึ้น ในไม่ช้า เจ. เจ. ทอมสัน ก็ตระหนักว่าอิเล็กตรอนเหล่านี้ต้องมาจากภายในอะตอมเอง หลังจากที่ เจ.เจ. ทอมป์สัน ได้พิสูจน์การมีอยู่ของอิเล็กตรอนแล้ว ต่อมาในปี 1911 นักฟิสิกส์ชาวนิวซีแลนด์ เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด (Ernest Rutherford) ได้แสดงให้เห็นว่าอะตอมของสสารมีโครงสร้างภายในซึ่งประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวกขนาดเล็กมาก และมีอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่งโคจรรอบนิวเคลียส เขาอนุมานสิ่งนี้โดยการวิเคราะห์วิธีที่อนุภาคแอลฟาซึ่งเป็นอนุภาคที่มีประจุบวกที่อะตอมของธาตุกัมมันตภาพรังสีปล่อยออกมา จะเบี่ยงเบนไปเมื่อชนกับอะตอม   ในตอนแรก เชื่อกันว่านิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอนและอนุภาคที่มีประจุบวกที่เรียกว่า “โปรตอน” ซึ่งมาจากคำภาษากรีกที่แปลว่า “ก่อน” เพราะเชื่อกันว่าเป็นหน่วยมูลฐานที่ประกอบเป็นสสาร อย่างไรก็ตามในปี 1932 เจมส์ แชดวิก (James Chadwick) […]

No Comments read more