<script language="JavaScript" src="http://www.vcharkarn.com/javafeed/article/315" type="text/javascript"></script>

String Theory ภาค 1: ความฝันที่ใกล้จะเป็นจริงของไอน์สไตน์? ไอน์สไตน์เสียชีวิต สิบปีก่อนหน้าที่จะถึงยุคทองของฟิสิกส์อนุภาค จึงไม่ทราบว่า มันไม่ได้มีแค่แรงโน้มถ่วงและแรงแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ยังมีแรงพื้นฐานคือ แรงนิวเคลียร์แบบอ่อน และแรงนิวเคลียร์แบบเข้ม ทฤษฎีสตริงค้นพบขึ้นมา ขณะที่นักฟิสิกส์ศึกษาแรงนิวเคลียร์แบบเข้ม... ผู้เขียน: ดร. อรรถกฤต ฉัตรภูติ ชมแล้ว: 39,446 ครั้ง post ครั้งแรก: Sun 25 September 2005, 2:48 pm ปรับปรุงล่าสุด: Sun 25 September 2005, 2:48 pm อยู่ในส่วน: vservice, ฟิสิกส์, ปัญหาเชาวน์, การบ้าน, อื่นๆ

เจ้าของงานเขียน แ้ก้ไขหน้านี้ ได้ที่นี่

ดร. อรรถกฤต ฉัตรภูติ

ภาควิชาฟิสิกส์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

นักเขียนประจำ วิชาการ.คอม

ไอน์สไตน์เสียชีวิตในปี พ.ศ. 2498 เกือบสิบปีก่อนหน้าที่จะถึงยุคทองของฟิสิกส์อนุภาค
เขาจึงไม่มีโอกาสที่จะทราบว่า ธรรมชาติไม่ได้มีแค่แรงโน้มถ่วงและแรงแม่เหล็กไฟฟ้า
แต่ยังมีแรงพื้นฐานอีกสองชนิดคือ แรงนิวเคลียร์แบบอ่อน และแรงนิวเคลียร์แบบเข้ม




นอกจากนี้นักฟิสิกส์รุ่นหลานของไอน์สไตน์ ยังได้ค้นพบว่าสสารที่พบเห็นในธรรมชาติ
ล้วนประกอบขึ้นมาจากอนุภาคมูลฐานสองกลุ่ม คือ ควาร์ก (Quark) และ เล็ปตอน
(Lepton)



กลุ่มแรกเป็นอนุภาคมูลฐานที่ไม่พบอิสระตามธรรมชาติ ควาร์กจะรวมเข้าด้วยกันด้วยแรงนิวเคลียร์แบบเข้ม
อนุภาคที่เป็นองค์ประกอบในนิวเคลียสของอะตอมเช่น โปรตอน และนิวตรอน ล้วนเป็นอนุภาคที่ประกอบด้วยควาร์กสามตัว
ส่วนกลุ่มหลังคือเล็ปตอน เป็นอนุภาคมูลฐานที่สามารถพบได้อิสระตามธรรมชาติเช่น อิเล็คตรอน
และ มิวออน เป็นต้น โปรตอนกับนิวตรอนรวมตัวกันในนิวเคลียสด้วยแรงนิวเคลียร์



ในขณะที่อิเล็กตรอนถูกประจุไฟฟ้าบวกของโปรตอนดึงดูดให้โคจรรอบนิวเคลียสด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้ากลายเป็น
“อะตอม” ของธาตุต่างๆ ทฤษฎีควอนตัมยังได้อธิบายแรงที่กระทำระหว่างอนุภาคพื้นฐานเหล่านี้ว่าเกิดจากการที่มันแลกเปลี่ยน
“อนุภาคสื่อ” ระหว่างกัน ในภาพของควอนตัมฟิสิกส์แรงแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจากการที่อนุภาคมีประจุแลกเปลี่ยนโฟตอน
(อนุภาคของแสง) ไปมาระหว่างกัน ในขณะที่โฟตอนเป็นสื่อนำแรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์แบบเข้มจะมีอนุภาคที่ชื่อว่า
กลูออน ทำหน้าที่เป็นอนุภาคสื่อ ส่วนอนุภาค Z และWเป็นสื่อนำแรงนิวเคลียร์แบบอ่อน



นอกจากนี้แล้วในทศวรรษที่ 70 นักฟิสิกส์ยังสามารถที่จะอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ของแรงนิวเคลียร์ทั้งสองแบบ
และแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ได้โดยอาศัยทฤษฎีเพียงทฤษฎีเดียว ที่รู้จักกันในชื่อ “แบบจำลองมาตรฐานของอนุภาคมูลฐาน”
(Standard Model of fundamental particles)



แม้ว่าแบบจำลองมาตรฐานจะประสบความสำเร็จในการทำนายปรากฏการณ์ต่างๆในธรรมชาติได้อย่างมีประสิทธิภาพ
แต่มันก็ยังมีข้อจำกัดในหลายๆด้าน ข้อจำกัดที่สำคัญมากที่สุดอันหนึ่งคือ แบบจำลองมาตรฐานไม่สามารถอธิบายพฤติกรรมของอนุภาคเมื่อมีแรงโน้มถ่วงเข้ามาเกี่ยวข้องได้
แรงโน้มถ่วงจะมีผลกับการทดลองมากเมื่ออนุภาคมีพลังงานสูงมากๆ ซึ่งทำให้ผลการคำนวณจากแบบจำลองมาตรฐานมีความผิดพลาดเนื่องจากไม่ได้คำนึงถึงแรงโน้มถ่วง
ทฤษฎีควอนตัมพยายามอธิบายแรงโน้มถ่วงว่าเกิดจากการที่อนุภาคแลกเปลี่ยนอนุภาคสื่อที่เรียกกันว่า
“กราวิตอน” (Graviton) นักฟิสิกส์เรียกทฤษฎีควอนตัมที่อธิบายแรงโน้มถ่วงนี้ว่า
“ทฤษฎีความโน้มถ่วงควอนตัม” (Quantum gravity) ในช่วงเวลากว่า 30 ปีที่ผ่านมานักฟิสิกส์ชั้นนำของโลกหลายต่อหลายคนพยายามที่จะพัฒนาทฤษฎีนี้
แต่ก็ยังไม่ประสบผลสำเร็จ จนถึงทุกวันนี้ยังไม่มีทฤษฎีที่เหมาะสมที่จะสามารถจัดการความไม่ต่อเนื่องของกาล-อวกาศได้
ปัจจุบันนักฟิสิกส์ทำได้ดีที่สุดเพียงแค่สร้างทฤษฎีที่ให้ภาพอย่างคร่าวๆของพฤติกรรมเชิงควอนตัมของแรงโน้มถ่วง
และคาดหวังว่าทฤษฎีเหล่านี้จะนำไปสู่ทฤษฎีควอนตัมกราวิตีที่แท้จริง ซึ่งสามารถจะรวมแรงโน้มถ่วงเข้ากับแรงธรรมชาติที่เหลือได้
หนึ่งในทฤษฎีเหล่านั้นรู้จักกันในชื่อของ “ทฤษฎีเส้นเชือก” หรือ “String Theory”
เนื่องจากในทฤษฎีนี้มีสมมุติฐานว่าอนุภาคต่างๆไม่ได้มีลักษณะเป็นจุด (Point-like
particle) เหมือนอย่างในทฤษฎีควอนตัม ในทฤษฎีสตริงอนุภาคทุกชนิด ทั้งที่เป็นอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นสสารและอนุภาคที่เป็นสื่อนำแรงล้วนเป็นเส้นเชือกที่กำลังสั่นด้วยความถี่ต่างระดับกัน
เส้นเชือกเส้นเดียวกันถ้าสั่นด้วยความถี่ค่าหนึ่งอาจเป็นอิเล็กตรอน แต่เมื่อความถี่ของการสั่นเปลี่ยนไปเป็นอีกค่าหนึ่ง
เชือกเส้นนั้นก็จะกลายเป็นอนุภาคชนิดอื่น

จอห์น ชวาชซ์ (John Schwarz) นักฟิสิกส์อเมริกันหนึ่งในผู้บุกเบิก String Theory

ทฤษฎีสตริงค้นพบขึ้นมาโดยบังเอิญขณะที่นักฟิสิกส์กำลังศึกษาแรงนิวเคลียร์แบบเข้ม
และได้รับความสนใจในระยะสั้นๆ นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่จะหันไปศึกษาทฤษฎีQuantum Chromodynamics
หรือ QCD ซึ่งสามารถอธิบายแรงนิวเคลียร์แบบเข้มได้ดีกว่า มีเพียงนักฟิสิกส์ที่เป็น
“แฟนพันธ์แท้” ของทฤษฎีเส้นเชือกเพียงไม่กี่คนเท่านั้นที่ยังคงยืนหยัดศึกษาทฤษฎีนี้ต่อไป
ในจำนวนนั้นมี จอห์น ชวาชซ์ (John Schwarz) นักฟิสิกส์อเมริกัน และ เพื่อนรวมงานชาวฝรั่งเศส
โจแอล เชอร์ก (Joel Scherk) ในปี พ.ศ. 2517 ทั้งคู่ค้นพบว่าบางความถี่ของการสั่นในทฤษฎีเส้นเชือกนั้น มีคุณสมบัติที่สอดคล้องกับอนุภาค กราวิตอน อนุภาคซึ่งเป็นสื่อนำแรงโน้มถ่วง นักฟิสิกส์อื่นๆจึงกลับมาสนใจทฤษฎีเส้นเชือกอีกครั้ง
และในครั้งนี้ทฤษฎีเส้นเชือกไม่ได้เป็นเพียงแค่ทฤษฎีที่อธิบายแรงนิวเคลียร์แบบเข้มเท่านั้น แต่มันกลับมาในฐานนะทฤษฎีที่อาจจะเป็น ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม



ยิ่งไปกว่านั้น ในเมื่ออนุภาคที่เป็นสื่อนำแรงทั้งสี่ชนิดไม่ว่าจะเป็น โฟตอน กลูออน อนุภาค W และ Z รวมถึง กราวิตอน ต่างก็เป็นการสั่นของเส้นเชือกมาตรฐานชนิดเดียวกันที่มีความถี่ต่างกัน อุปมาเหมือนกับตัวโน๊ตที่บรรเลงออกมาจากเครื่องสายตัวเดียวกัน ทฤษฎีเส้นเชือกจึงสามารถที่จะอธิบายแรงทั้งสี่ชนิดในธรรมชาติได้ด้วยตัวของมันเอง หลายคนอ้างถึงทฤษฎีเส้นเชื่อกว่าเป็นทฤษฎีสรรพสิ่ง หรือ Theory of Everything ในความหมายที่มันสามารถอธิบายแรงทั้งสี่ของธรรมชาติได้นั่นเอง

ทฤษฎีเส้นเชือก สมมุติว่าอนุภาคไม่ได้มีลักษณะเป็นจุด แต่เป็นเส้นหนึ่งมิติ
โดยการสั่นของเส้นเชือกนี้ ทำให้เกิดเป็นตัวโน๊ตต่างๆ ตัวโน๊ตหนึ่งตัว สามารถแทนอนุภาคได้หนึ่งตัว
ตัวโน๊ตที่ต่างคีย์กัน ก็จะให้อนุภาคที่ต่างชนิดกัน นักฟิสิกส์บางกลุ่มเชื่อว่าการสั่นในบางลักษณะของเส้นเชือกอาจจะเป็นอิเล็กตรอน
และ ควาร์กได้

(ภาพจาก NOVA the Elegant Universe : http://www.pbs.org/wgbh/nova/elegant/ )

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 5 25 ม.ค. 2549 (20:20)
เราอยากบอกว่า ถึงแม้ทฤษฎีสัมพันธภาพจะเข้าได้ดีกับกฏเกี่ยวกับไฟฟ้าและแม่เหล็กแต่ไม่เข้ากับทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตันกฏนี้กว่าวว่าถ้าเราเปลี่ยนสถาพการกระจายของสสารที่บริเวณหนึ่งของอวกาศการเปลี่ยนแปลงของสนามความดน้มถ่วงจะรู้สึกได้ในทันที

paopao
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 51 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 6 25 ม.ค. 2549 (20:23)
อ้อแล้วที่คุณควายบอกว่าหนังสือBeyonไอสไตน์ ของ ดร.มิชิโอะ คากุ แต่ไม่ได้กล่าวถึงรายละเอียดเลย นั้นอยากให้ไปอ่านของ Stephen Hawkingจะดีกว่านะ

paopao
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 51 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 8 25 ก.พ. 2549 (08:31)
เเละ อยากกล่าวว่าเเม้โลกจะเจริญก้าวหน้าเเค่ไหนเเต่ เชื่อเถอะว่ามีอะไรให้ค้นพบอีกเเน่นอน

paopao
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 51 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 10 25 มิ.ย. 2549 (12:43)
ขอบคุณมากครับ สำหรับบทความดี ๆ ให้ความรู้กับคนไทยครับ
เป็นกำลังใจให้นะครับ

vcharkarn_man
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 13 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 11 19 ส.ค. 2549 (13:49)
สิ่งที่ดีแล้ว ย่อมมีสิ่งที่ดีกว่า แค่สิ่งที่ดีที่สุด ไม่เคยมี และจะไม่มีตลอดกาล

thawankesmala
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 1361 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 282 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 12 21 ก.ย. 2549 (10:00)
ข้อความเดิม "...นอกจากนี้นักจักรวาลวิทยายังพบว่าองค์ประกอบส่วนใหญ่ของเอกภพในปัจจุบันไม่ได้ประกอบขึ้นจาก ควาร์ก หรือ อนุภาคชนิดใดที่นักฟิสิกส์รู้จัก แต่มันประกอบไปด้วย “สสารมืด” หรือ “Dark matter” ซึ่งมีส่วนสำคัญทำให้เกิดโครงสร้างและวิวัฒนาการของกาแล็กซีและ “พลังงานมืด” หรือ Dark Energy ซึ่งเป็นพลังงานลึกลับที่ผลักให้เอกภพขยายตัวออกด้วยความเร่ง เป็นที่น่าสนใจว่า ทฤษฎีอย่าง String Theory จะช่วยเราตอบปัญหาเหล่านี้ได้หรือไม่?..."
ปรัชญาของจักรวาลมีอยู่ว่า "ในสุดช่วยสอนนอกสุด" หากเรานำมาประกอบกับเนื้อหาในบทความนี้ทั้งหมด มันก็จะทำให้การศึกษาฟิสิกส์ในระดับควอนตัมและระดับเอกภพมาลงตัวอยู่ด้วยกันได้
เมื่อก่อนเราศึกษาอะตอม เราพบว่าความสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคในอะตอม คล้าย ๆ กับระบบสุริยจักรวาลของเรา วันนี้เราเจาะทะลุอะตอมลงไปถึงควาร์กแล้ว
เรารู้ว่าควาร์กมีการเกาะเกี่ยวกันตั้งสามสี ส่วนสตริงไม่ต้องพูดถึง มันยาวออกไปเป็นเส้น มีรูปลักษณ์ที่แปรเปลี่ยนได้นานา
มันจะเป็นรูปลักษณ์ของเอกภพที่เรากำลังมองหาอยู่หรือเปล่า?
มันเป็นสังคม มันไม่ใช่ของเดี่ยว
เอกภพของเราเป็นสังคม...เหมือนสังคมมนุษย์ มนุษย์เราอยู่ใกล้ ๆ กัน อยู่รวม ๆ กัน พอมาอยู่ใกล้กันอยู่รวมกันแล้วก็ชอบเป็นโรคติดต่อ บางทีไม่ได้ติดต่อด้วยเชื้อโรค แต่ติดต่ออย่างการเอาอย่างกัน เห่อตามกัน ที่เรียกว่า 'แฟชั่น'
เอกภพเป็นแฟชั่น เป็นโรคติดต่อ ความสัมพันธ์ของเอกภพจึงเป็นสิ่งที่เราควรจะขนานนามได้ว่า "สนาม"

einstine
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 29 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 13 21 ก.ย. 2549 (11:10)
“สสารมืด” หรือ “Dark matter” ซึ่งมีส่วนสำคัญทำให้เกิดโครงสร้างและวิวัฒนาการของกาแล็กซีและ
“พลังงานมืด” หรือ Dark Energy ซึ่งเป็นพลังงานลึกลับที่ผลักให้เอกภพขยายตัวออกด้วยความเร่ง
จริง ๆ แล้วคุณมืดทั้งสองนี้ สมควรจะถูกเรียกว่าคุณสว่าง เป็นสสารสว่างและพลังงานสว่าง อยู่ในที่ที่เรียกว่า ซูเปอร์สเปซ หรือไฮเปอร์สเปซ (Superspace or Hyperspace) เป็นบริเวณที่สว่างไสวไปด้วยรังสีต่าง ๆ มากมาย
สสารมืดจากเอกภพเราจะเดินทางไปอยู่ที่นั่นได้ จะต้องเปลี่ยนแปลงจากสถานะโลด ไปอยู่ในสถานะงีบ อันเป็นสถานะที่อะตอมทุกอะตอมอยู่ในชั้นพลังงานควอนตัมเท่ากับศูนย์ ในตอนนี้เอง ที่สสารจะเปล่งรังสีออกมา และกลายร่างเป็นสิ่งที่นักดาราศาสตร์เรียกกันว่า “หลุมดำ Black Hole” แล้วมันจะไม่ไปเพียงหนึ่งเดียว แต่จะเดินทางไปพร้อมกับเพื่อน ๆ ซึ่งจะติดโรคขี้เมื่อยตามไปด้วยอีกเป็นจำนวนมาก
ในขณะที่เดินทางไปนั้น พวกเขาก็จะค่อย ๆ แผ่รังสีออกมาทีละน้อยทีละน้อย ที่เราเห็นเป็นบริเวณสว่างนั่นคือรังสีที่พวกเขาแผ่ออกมา จากการคายพลังงานเมื่อเปลี่ยนสถานะ ส่วนใจกลางที่เป็นบริเวณมืดนั่นคือส่วนที่พวกเขาผลุบเข้าไปอยู่ในซูเปอร์สเปซ หรือไฮเปอร์สเปซเป็นที่เรียบร้อยแล้ว
พวกเขาจะออกมาอีกไหม ? ออกมาได้ (สตีเฟน ฮอว์คิง เสียพนันให้เพื่อนเป็นเอนไซโครปิเดียชุดใหญ่ ก็เพราะคิดผิดในเรื่องนี้แหละ !)
สสารสว่างหรือพลังงานสว่าง จะกลับออกมาสู่เอกภพเราได้ โดยกรรมวิธีง่าย ๆ ก็คือ ย้อนกลับกระบวนการที่เกิดตอนขาไปนั่นเอง

einstine
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 29 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 14 26 ก.ย. 2549 (23:30)
ทฤษฎีทางฟิสิกส์เกี่ยวกับอนุภาคนั้น ทุกวันนี้มาจากการ deduce หรือจากการสังเกตอนุภาคจริงๆครับ ไม่ต้องถึงระดับ quark ก็ได้ แต่อะตอม และ อิเลคตรอน เคยมีใครเห็นบ้างไหมครับ?

อีกคำถามนึง ในแต่ละ galaxy นั้นจะใช้กฎทางฟิสิกส์เดียวกันหรือไม่ครับ?

ธาตุไฟแตก
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 3 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 15 17 พ.ย. 2549 (16:42)
ขอบคุณค่ะ

Ptg818
ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 8 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 16 2 ธ.ค. 2549 (00:38)
ชอบเรื่องพวกนี้มั่กๆ
แต่ปัญญาอ่อน(ตกเลข)
"ฮ่า"

DarkEnergy-BigChill (IP:222.123.64.184)

จ้อ
(อรรถกฤต ฉัตรภูติ)

ผู้ชมข้อมูลนี้แล้ว 22,264 ครั้ง
เป็นสมาชิก: นานกว่า 8 ปี
แบ่งปันความรู้ 1,421 ครั้ง
ได้รับดาว 250 ดวง

โหวตเพิ่มดาว

Hot Links

ขอบคุณผู้สนับสนุน