<script language="JavaScript" src="http://www.vcharkarn.com/javafeed/article/18408" type="text/javascript"></script>

ทำไมดวงอาทิตย์ถึงโตจัง? คุณสมบัติทางฟิสิกส์ของดาวฤกษ์ เช่น ดวงอาทิตย์ สามารถศึกษาอาศัยความรู้ฟิสิกส์พื้นฐาน เช่น กฎของคูลอมป์ ความยาวคลื่นของ de Broglie หลักการไม่คงที่ของไฮเซนบอร์ก บทความนี้เหมาะสำหรับครูผู้สอนที่จะนำไปยกตัวอย่างประกอบการสอนควอนตัมและนิวเคลียร์ฟิสิกส์ระดับมัธยม ผู้เขียน: ดร.อรรถกฤต ฉัตรภูติ ชมแล้ว: 35,671 ครั้ง post ครั้งแรก: Thu 10 May 2007, 2:15 pm ปรับปรุงล่าสุด: Mon 7 January 2008, 8:27 am อยู่ในส่วน: ดาราศาสตร์, ควอนตัม, ฟิสิกส์

ปัญหาอย่างหนึ่งของการสอนควอนตัมฟิสิกส์ในกับนักเรียนระดับมัธยมคือ ไม่ค่อยมีตัวอย่างระบบควอนตัมฟิสิกส์ให้ใช้ประกอบการอธิบายมากนัก ถึงแม้ว่าในปัจจุบันควอนตัมฟิสิกส์จะมีบทบาทอย่างมากในชีวิตประจำวันก็ตาม เทคโนโลยีที่นำมาใช้ในข้าวข้องเครื่องใช้ต่างๆ ไล่ตั้งแต่ วิทยุ มือถือ ไปจนถึงคอมพิวเตอร์ ล้วนแล้วแต่พัฒนาขึ้นมาได้โดยอาศัยความรู้ทางควอนตัมฟิสิกส์ทั้งนั้น แต่การที่จะนำเอาของเหล่านี้มาใช้ประกอบการสอนในโรงเรียนมัธยมปลาย (หรือแม้แต่ในระดับชั้นปริญญาตรีปีที่ 1) กลับทำได้ลำบาก ส่วนหนึ่งเป็นเพราะฟิสิกส์ที่ใช้มีระดับสูงกว่าฟิสิกส์มัธยมมาก นอกจากนี้ยังต้องอาศัยพื้นฐานคณิตศาสตร์ในระดับสูง เช่นสมการอนุพันธ์ ในการเข้าใจสมการของควอนตัมฟิสิกส์ ดังนั้นตัวอย่างประกอบการเรียนจึงเป็นสิ่งที่อยู่ในแบบเรียนซะเป็นส่วนใหญ่ เช่น ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริก และ คุณสมบัติทวิภาคของอนุภาคและคลื่น

บทความนี้นำเสนอตัวอย่างการศึกษาระบบของดาวฤกษ์โดยใช้ความรู้พื้นฐานของควอนตัมฟิสิกส์ในระดับมัธยมปลาย ไม่ว่าจะเป็นคุณสมบัติความเป็นคลื่นของอนุภาค ความยาวคลื่นของ de Broglie หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก ซึ่งนอกจากจะทำให้มีความเข้าใจและเห็นประโยชน์ของควอนตัมฟิสิกส์มากขึ้นแล้ว นักเรียนยังจะได้ความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับฟิสิกส์ของดาวฤกษ์อีกด้วย

ตามปกติแล้วทฤษฎีของดาวฤกษ์นั้นจะซับซ้อนและใช้ความรู้ขั้นสูงในการอธิบาย แต่ในที่นี้เราจะใช้การศึกษาเชิงคุณภาพ แสดงให้เห็นว่าฟิสิกส์ระดับมัธยมสามารถนำมาใช้เพื่อทำความเข้าใจระบบที่มีความซับซ้อนอย่างดาวฤกษ์ได้

ทบทวนความรู้ควอนตัมระดับมัธยมปลาย

ก่อนที่เราจะเข้าสู่ฟิสิกส์ของดาวฤกษ์จะขอทบทวนความรู้พื้นฐานระดับมัธยมปลายที่จำเป็นซักเล็กน้อย

Louis de Broglie อธิบายไว้ว่า สสารซึ่งปกติเราคิดว่าเป็นอนุภาค ก็สามารถประพฤติตนเป็นคลื่นได้นั่นคือ อิเล็กตรอน โปรตรอน นิวเคลียสของธาตุต่างๆ สามารถประพฤติตนเป็นคลื่นได้



คุณสมบัติการเป็นคลื่นของอนุภาคได้รับการยืนยันแล้วจากการทดลอง อย่างในรูปข้างล่าง เป็นการทดลองยิงอิเล็กตรอนผ่านช่องคู่ ซึ่งจะปรากฎริ้วรอยการแทรกสอดของอิเล็กตรอนบนฉาก ยิ่งจำนวนอิเล็กตรอนมีมากขึ้นเท่าไหร่การแทรกสอดยิ่งปรากฎให้เห็นชั้นเจนขึ้นเท่านั้น




อีกหัวข้อในทฤษฎีควอนตัมที่นักเรียนได้เรียนในชั้นมัธยมคือ Heisenberg’s Uncertainty Principle หรือหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์ก ที่กล่าวว่าเราไม่สามารถรู้ตำแหน่งและโมเมนตัมของอนุภาคได้อย่างแม่นยำพร้อมกัน ผลคูณระหว่างความคลาดเคลื่อนของการวัดตำแหน่งและความคลาดคลื่อนจากการวัดโมเมนตัมจะต้องมีค่ามากกว่าค่าคงที่ค่าหนึ่งเสมอ



ความรู้พื้นฐานในเรื่องควอนตัมฟิสิกส์ระดับมัธยมปลายทั้งสองเรื่องนี้เพียงพอสำหรับการศึกษาฟิสิกส์ของดาวฤกษ์ดังที่เราจะอธิบายต่อไป

ตัวอย่างคำอธิบาย ความคลาดเคลื่อนในการวัดตำแหน่งและโมเมนตัมอาจอธิบายได้คร่าวๆดังรูปข้างล่างนี้ สมมติว่าเราจะทำการวัดตำแหน่งและโมเมนตัมของอิเล็กตรอน เราสามารถวัดตำแหน่งอิเล็กตรอนโดยการฉายแสงให้ตกกระทบบนอิเล็กตรอนแล้วสะท้อนเข้าหาเครื่องวัด ความแม่นยำของการวัดขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของอิเล็กตรอน ยิ่งสั้นยิ่งละเอียด ถ้าต้องการให้การวัดตำแหน่งมีความละเอียดมากต้องใช้แสงความยาวคลื่นสั้น แต่แสงความยาวคลื่นสั้นมีโมเมนตัมและพลังงานสูง การกระเจิงคอมพ์ตัน (Compton scattering) ของแสงทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนในการวัดโมเมนตัมของอิเล็กตรอน

---

บทความอื่น

บทความแนะนำ

Blog แนะนำ

Hot Links

คลังข้อสอบ | ข่าววิชาการ
เล่นกล/เกม | อ่านนิยาย
ข่าวทุนการศึกษา | ลิงค์

ขอบคุณผู้สนับสนุน