May Force Be With You (Episode I)              

สวัสดีค่ะท่านผู้อ่านทุกๆ ท่าน ก่อนอื่นต้องออกตัวก่อนนะคะว่าคอลัมน์ของหนุงหนิงนี่ ไม่ได้เกี่ยวข้อง กับภาพยนต์เรื่องสตาร์วอร์แต่อย่างใดค่ะ   คอลัมน์ตะลุยเอกภพนี้ จะอาสาพาทุกๆท่าน ไปรู้จัก และทำความเข้าใจ ธรรมชาติ โดยอาศัยเหตุผล และความรู้ทางวิทยาศาสตร์เป็นหลัก เราจะตะลุยไปเรื่อย ตั้งแต่ส่วนที่เล็กที่สุดในจักรวาล เอกภพเกิดขึ้นมาได้อย่างไร สสารต่างๆ ในจักรวาลเกิดมาจากไหน อะไรเป็นส่วนประกอบ จักรวาลจะมีที่สิ้นสุดหรือไม่ และอื่นๆ อีกมากมาย เอกภพของเรานั้น มีการเปลี่ยนแปลง เคลื่อนใหวอยู่ตลอด  เราอยู่ในโลกที่ไม่หยุดนิ่ง ทำไมถึงเป็นเช่นนั้น? ในฉบับแรกนี้หนุงหนิง จะชวนทุกๆท่าน มารู้จักกับกลไกลึกลับของธรรมชาติ ที่กำหนดชะตากรรม และการเปลี่ยนแปลง ของสิ่งต่างๆ ในเอกพบ ที่เราๆ ท่านๆ มักจะเรียกมันว่า "Force"   แต่ว่าในหัวข้อนี้ "Force" ไม่ได้หมายถึง "พลัง" นะคะ แต่แปลว่า "แรง" เราจะมาหาคุยกันว่า "แรงคืออะไร"

ท่านผู้อ่าน คงจะเคยได้ยินกันมาบ้างว่า ดวงจันทร์โคจรรอบโลก เนื่องจากมีแรงโน้มถ่วง คอยดูดมันเอาไว้ และแรงโน้มถ่วงชนิดเดียวกันนี่แหล่ะ ที่บังคับให้ โลก และ ดาวนพเคราะห์อื่นๆ โคจรรอบดวงอาทิตย์ และ ประกอบเป็นส่วนหนึ่งของกาเลกซี่ นอกจากนั้นเรายังทราบว่า ยังมีแรงอีกชนิดหนึ่ง ซึ่งเรียกว่า แรงแม่เหล็กไฟฟ้า ทำหน้าที่ตรึง อิเลกตรอน ให้วนรอบๆ นิวเคลียส และประกอบกันเป็นอะตอม ซึ่งเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของสิ่งต่างๆ ที่เราสัมผัส แต่จะมีใครสงสัยบ้างใหมคะว่า ที่เราเรียกกันว่า แรง น่ะ คืออะไรกันแน่ ?            

ในชีวิตประจำวันเราสามารถสังเกตปรากฎการณ์ ของสิ่งที่เรา เรียกว่าแรงได้ เช่น ถ้าเราเอามือเคาะโต๊ะ เรารู้สึกว่า มี แรงดันต้านกลับ ยิ่งถ้าเคาะแรงไป อาจจะเจ็บมือด้วยซ้ำ เรายกโต๊ะหนักๆไม่ค่อยขึ้น เพราะว่า มีแรงโน้มถ่วง จากโลกคอยถ่วงมันเอาไว้ สิ่งเหล่านี้สามารถรับรู้ และสัมผัสได้ ทำให้เรารู้สึกว่า แรง น่าจะมีอยู่จริง คราวนี้ลองยกตัวอย่างที่ไกลตัวเราออกไปซะหน่อย ทุกคนคงทราบว่า ดวงจันทร์หมุนตามโลกต้อยๆ ก็เพราะว่ามีแรงโน้มถ่วงของโลกคอยล่ามมันไว้ เหมือนกับกรณีที่             โลกออกแรงดูดโต๊ะ แต่หลายๆ ท่าน อาจจะเคยสงสัยว่า ดวงจันทร์ดวงสวยของเราเนี่ยะ อยู่ห่างจากผิวโลกตั้งเป็น พันๆกิโลเมตร ไม่มีส่วนใดที่สัมผัสกับโลก แล้วดวงจันทร์รู้ได้อย่างไรว่ามีโลกอยู่ แรงโน้มถ่วงนั้นมีอยู่จริง แต่ว่าแรงนั้น ส่งผ่านจากโลกไปยังดวงจันทร์ได้อย่างไร?                          

ในกรณีของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าก็เช่นเดียวกัน เราทราบว่า วัตถุที่มีประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกัน จะผลักกัน แต่ถ้าต่างชนิดกัน จะดูดกัน (ดังรูปที่ ๑ อิเลกตรอนจะถูกดูด โดยนิวเคลียสของอะตอม ที่มีประจุตรงข้าม ให้โคจรรอบๆ) ไม่ว่าประจุทั้งสองจะอยู่ห่างกันขนาดใหน มันก็จะยังรู้สึก ถึงแรงไฟฟ้าอยู่ดี ราวกับว่า มีคนนำข่าวจากประจุก้อนหนึ่ง ไปบอกประจุอีกก้อนหนึ่ง

นักวิทยาศาสตร์ได้คิดปัญหานี้ อยู่เป็นเวลานานทีเดียว จนในที่สุด พวกเขาก็ค้นพบว่า มีคนคอยส่งจดหมายให้ ประจุทั้งคู่ ออกแรงกระทำต่อกันจริงๆ ตามทฤษฎีควอนตัมฟิสิกส์แล้ว แรงแม่เหล็กไฟฟ้า เกิดจากการที่ อนุภาคที่มีประจไฟฟ้า แลกเปลี่ยน แสง หรือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ระหว่างกัน (ดังรูปที่ ๒ ค่ะ) เช่น อิเลกตรอนซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ จะได้มีแรงดึงดูดทางไฟฟ้า กับ โปรตรอนที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก เพราะมันขว้างแสง เข้าใส่กัน ในทางฟิสิกส์ควอนตัมนั้น แสงถือว่าเป็นอนุภาคชนิดหนึ่งเช่นกัน เรียกว่า โฟตอน (Photon) และเจ้าโฟตอนนี่เองค่ะ ที่ทำหน้าที่ นำข้อมูลของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ไปบอกประจุทั้งสอง ให้รู้สึกว่ามีแรงกระทำต่อมัน ท่านผู้อ่านอาจจะลองนึกภาพ เวลาที่เราเล่น โยน-รับ ลูกบอลกับเพื่อน ถ้าไม่ให้ลูกบอลตกพื้น เราก็ต้องยืนเล่นอยู่ตรงนั้นหนีไปใหนไม่ได้ นีก็เปรียบเสมือนว่า มีแรงดูดเราไว้ ตรงนั้นงัยคะ

ในปัจจุบันนี้นะคะ นักฟิสิกส์แบ่งแรงต่างๆ ในธรรมชาติออกได้เป็น ๔ กลุ่มดังนี้ค่ะ

• แรงโน้มถ่วง หรือ แรงดึงดูด ระหว่างมวล
• แรงแม่เหล็กไฟฟ้า ที่ดึงดูด วัตถุที่มีประจุไฟฟ้าเช่น อิเลกตรอน
• แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน ที่เกิดในกระบวนการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี
• แรงนิวเคลียร์อย่างแข้ม ที่เชื่อมนิวตรอนและโปรตรอนให้อยู่ด้วยกัน ในนิวเคลียสของอะตอม

แรงแต่ละชนิดก็จะมีอนุภาคนำแรงต่างกันไป

ในฉบับหน้าเราจะมาคุยกันต่อเกี่ยวกับธรรมชาติของแรง ในแต่ละกลุ่ม และใครทำหน้าที่เป็น บรุษไปรษณี ให้กับแรงเหล่านั้น แล้วพบกันใหม่นะคะ   May The force be with you