สารบัญ

สำหรับอนุภาคมวล ซึ่งกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว จะมีโมเมนตัมเท่ากับ ซึ่งตามทฤษฏีควอนตัมแล้ว ในระดับสเกลเล็กๆ อนุภาคนี้สามารถประพฤติตนเป็นคลื่นได้ ซึ่งความยาวคลื่นอนุภาคนี้สามารถคำนวณได้จาก



เมื่อ คือค่าคงที่ของพลังก์ (Planck’s constant)

ด้วยอาศัยความรู้ข้างต้นเราก็พร้อมที่จะพิจารณากลไกที่สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์บนดาวฤกษ์ได้ ปรากฏการณ์ทางควอนตัมฟิสิกส์นี่เองที่เชื่อมช่องว่างระหว่างนิวเคลียส ซึ่งการเชื่อมโยงจะเกิดขึ้นเมื่อความยาวคลื่นของอนุภาคมีค่าใกล้เคียงกับ (ระยะที่โปรตอนสองตัวสามารถเข้าใกล้กันมากที่สุด) หรือ



เมื่อใดก็ตามที่สภาวะในดาวฤกษ์ทำให้เงื่อนในสมการ (1) เป็นจริง นิวเคลียสของอะตอมก็จะสามารถเข้าใกล้กันมากพอจนกระทั่งแรงนิวเคลียร์สามารถทำงานได้และทำให้เกิดปฏิกริยานิวเคลียร์ฟิวชันในที่สุด นี่คือตัวอย่างง่ายๆที่ทำให้เราเห็นว่าควอนตัมฟิสิกส์มีส่วนสำคัญที่ช่วยให้เราอธิบายได้ว่าทำไมดวงอาทิตย์จึงยังสามารถส่องแสงอยู่ได้

เราสามารถนำสูตรของ และ ลงไปแทนในสมการที่ (1) ซึ่งจะทำให้เราพบว่าค่ารากที่สองของอัตราเร็วกำลังสองเฉลี่ย หรือ ของนิวเคลียสจะต้องมีค่ามากกว่า หรือ อย่างน้อยก็จะต้องเท่ากับความเร็ววิกฤตค่าหนึ่งจึงจะทำให้สามารถเกิดปฏิกิริยานิวเคลียรได้ ซึ่งค่าความเร็วนั้นคือ






เนื่องจาก และ เปลี่ยนแปลงไม่เท่ากันเมื่อนิวเคลียสมีความเร็วเปลี่ยนไป เราจะเห็นว่า ปฏิกริยานิวเคลียร์แบบฟิวชันจะไม่สามารถเกิดขึ้นได้ถ้าอัตราเร็วของนิวเคลียสมีค่าน้อยกว่าค่าความเร็ววิกฤต ตัวอย่างเช่น ถ้าอัตราเร็วของนิวเคลียสมีค่าเป็นครึ่งหนึ่งของอัตราเร็ววิกฤต แรงผลักทางไฟฟ้าจะทำให้ระยะที่นิวเคลียสสามารถเข้าใกล้กันได้มีระยะห่างเพิ่มขึ้นถึง 4 เท่า ในขณะที่ค่าความยาวคลื่น de Broglie เพิ่มขึ้นเพียงแค่สองเท่า ดังนั้นความยาวคลื่นอนุภาคของนิวเคลียสจะไม่ยาวพอที่จะเชื่อมช่องว่างระหว่างนิวเคลียสซึ่งเป็นผลทำให้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันไม่สามารถเกิดขึ้นได้

ในขณะเดียวกัน อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ กับปฏิกิริยานิวเคลียร์บนดาวก็มีความเกี่ยวข้องกันอย่างลึกซึ้ง ซึ่งความเกี่ยวพันนี้สามารถแสดงให้เห็นได้โดยใช้ฟิสิกส์ระดับมัธยมปลาย สำหรับดาวฤกษ์ในวิถีหลักนั้น ถ้าเราให้อัตราเร็ววิกฤต มีค่าเท่ากับอัตราเร็วหลุดพ้น จะได้ความสัมพันธ์



หรือเราอาจกล่าวได้ว่า สำหรับดาวฤกษ์ซึ่งไฮโดรเจนในแกนดาวมีปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน จะมีอัตราส่วนระหว่างมวลของดาวฤกษ์กับรัศมีของดาวฤกษ์เป็นค่าคงที่ ซึ่งเขียนได้ในรูปของค่าคงที่ทางฟิสิกส์ดังนี้

......... (2)


สมการที่ (2) ไม่เพียงแต่แสดงให้เราเห็นถึงความสมดุลระหว่างแรงโน้มถ่วงและแรงทางไฟฟ้า และยังบอกเราด้วยว่าควอนตัมฟิสิกส์มีส่วนสำคัญในการทำให้ปฏิกริยานิวเคลียร์ฟิวชันยังดำเนินต่อไปได้

ถึงแม้ว่าการวิเคราะห์ของเราจะไม่ได้ทำอย่างรัดกุมนัก แบบจำลองจริงๆของดาวฤกษ์จะมีความยุ่งยากและซับซ้อนกว่านี้มาก แต่อัตราส่วนระหว่างมวลกับรัศมีของดาวฤกษ์ในวิถีหลักที่คำนวณได้จากสมการ (2) มีค่าประมาณ กิโลกรัมต่อเมตร ซึ่งมีค่าใกล้เคียงกับค่าที่วัดได้จากดวงอาทิตย์ของเรา ซึ่งมีค่า กิโลกรัมต่อเมตร และสำหรับดาวฤกษ์ในวิถีหลักโดยทั่วไปจะมีอัตราส่วน อยู่ระหว่าง 0.7 ถึง 1.8 ในหน่วย solar unit ซึ่งเทียบได้ว่าอยู่ในช่วง ถึง กิโลกรัมต่อเมตร จะเห็นว่าฟิสิกส์ง่ายๆ ที่เราใช้คำนวณให้ค่าที่อยู่ในช่วงที่เชื่อถือได้

เนื่องจากสมการ (2) เราพิจารณาดาวซึ่งใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนในปฏิกิริยานิวเคลียร์ ถ้าต้องการพิจารณาดาวฤกษ์ที่ใช้ฮีเลียมเป็นเชื้อเพลิง เนื่องจากสมการ (2) ค่ามวลต่อรัศมีจะขึ้นกับประจุไฟฟ้าของนิวเคลียสที่ใช้ในปฏิกิริยา นั่นคือขึ้นกับ เราจะพบว่าค่า ของดาวฤกษ์ในวิธีหลักที่ใช้ฮีเลียมเป็นเชื้อเพลิงจะมีค่ามากกว่าค่า ของดาวฤกษ์ในวิถีหลักที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงอยู่ 16 เท่า (นิวเคลียสของฮีเลียมมีประจุ ) นั่นคือสำหรับดาวฤกษ์ที่มีมวลเท่ากันดาวฤกษ์ที่ใช้ฮีเลียมจะมีรัศมีโตกว่าดาวฤกษ์ที่ใช้ไฮโดรเจนอยู่ 16 เท่า

---

	ป้อนคำที่ต้องการค้นหา ส่งฟอร์มการค้นหา
	เว็บทั่วโลก วิชาการ.คอม

วิชาการ.คอม คือ ใคร? || กฏ กติกา มารยาท || ติดต่อลงโฆษณา || ร่วมงานกับเรา ติดต่อลงโฆษณา :   คุณอันนา 081 4965363 สำนักงาน :   02 2015735 อีเมล์ :    Copyright© 2000-2007, Vcharkarn.Com. All rights reserved.

คลิ๊กเพื่อดูสถิติ รับรองและสนับสนุนโดย

สสวท.

มูลนิธิ พสวท.

พสวท.