สารบัญ

ผศ.
ดร. บุญญฤทธิ์ อุยยานนวาระ

ภาควิชาเทคโนโลยีสารสนเทศ

สถาบันเทคโนโลยีนานาชาติสิรินธร (SIIT)

มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์

นักเขียนประจำ วิชาการ.คอม

บทความวิชาการของไอน์สไตน์ อธิบายปริศนาของปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก ได้อย่างสวยงาม
เพียงแค่อาศัยสมมติฐานเบื้องต้นว่า แสงที่ถูกส่องไปยังโลหะนั้น ประพฤติตัวเสมือนหนึ่งว่า
ประกอบไปด้วยกลุ่มของอนุภาค ที่ภายหลังเรียกว่าอนุภาคแสง หรือ โฟตอน (photon) (คำนี้ถูกตั้งโดย
กิลเบอร์ต ลูอิส (Gilbert Lewis) ในปี 1926)

สมมติฐานดังกล่าว ก็ไม่ได้เกิดขึ้นลอยๆ แบบคิดเอาเอง (เหมือนสมัยที่ ไอแซค นิวตัน ซึ่งเป็นคนแรกของโลก ที่เคยตั้งข้อสังเกตุว่า แสงเป็นอนุภาค มา 200 ปี ก่อนหน้าไอน์สไตน์แล้ว) แต่เกิดจากการคำนวณ ต่อยอดมาจากกฏของเวนน์ ที่ว่าด้วยการกระจายความยาวคลื่นแสง ของวัุตถุเปล่งรังสีความร้อน และบทความวิชาการของแพลงค์ (ที่ตีพิมพ์ในปี 1900) ว่าด้วยเรื่องของพลังงานประหนึ่งเป็นกลุ่มของพลังงาน (Quanta)

เมื่อคิดว่าเป็นอนุภาค การอธิบายการถ่ายเทพลังงานของอนุภาค 2 ตัวชนกัน ก็ทำได้ง่ายขึ้น (แม้จะไม่เหมือนกับการถ่ายเทพลังงานของวัตถุใหญ่ซะทีเดียว) และเป็นไปตามกฏอนุรักษ์พลังงาน (แม้ภายหลัง ในช่วงกลางของศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์อีกหลายคน
รวมถึง ริชาร์ด ฟายน์แมน (Richard Fyneman) จะอธิบายขยายความต่อ เรื่องของโฟตอน กระทำกิริยากับอิเล็กตรอน ได้อย่างลึกซึ้งเพิ่มขึ้น)

อย่างไรก็ตาม การอธิบายว่า แสงเป็นก้อนของพลังงาน หรืออนุภาคนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย




หนึ่ง ก็เพราะแทบจะทุกคนในยุคนั้น เชื่ออย่างสนิทใจ ว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (จากกฏคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์)




สอง ก็เพราะอนุภาคควรจะมีมวล แต่อนุภาคของแสงไม่มีมวล (แต่กลับมีโมเมนตัม - คลาสสิคอลฟิสิกส์
บอกว่าโมเมนตัม เกิดจากมวลคูณกับความเร็ว) แม้ผลจากการคำนวณของไอน์สไตน์พบว่า อนุภาคของแสงจะมีพลังงาน
เป็นแบบคงที่ โดยที่มีขนาดของพลังงาน ขึ้นอยู่กับความถี่ของแสง (ถ้าแสงมีความถี่เดียว(เช่นเลเซอร์)
พลังงานของแต่ละอนุภาคแสง จะมีค่าเท่ากันเสมอ) โดยมีค่าเท่ากับผลคูณ ของค่าคงที่ของแพลงค์
(h ซึ่งมีค่าประมาณ 6.626 x 10^-34) และความถี่ของแสง (f)



ไอน์สไตน์ได้ทำการตีพิมพ์ผลการคำนวณ เกี่ยวกับเรื่องปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก เป็นบทความวิชาการ
เป็นครั้งแรกเป็นภาษาเยอมันในปี 1905 และมีคนนำมาแปลเป็นภาษาอังกฤษในภายหลัง และนำเผยแพร่อีกครั้งบนวารสารวิทยาศาสตร์ที่ชื่อ
American Journal of Physics ในปี 1965 (A. B. Arons and M. B. Peppard, Einstein's
Proposal of the Photon Concept - a Translation of the Annalen der Physik Paper
of 1905, American Journal of Physics, Vol 33, No. 5, พฤษภาคม 1965 หน้า 367) ซึ่งสามารถหาอ่านได้ในปัจจุบัน
(download มาอ่านเล่นแก้เหงา และโรคนอนไม่หลับได้ที่นี่
einsteinpaper.pdf 326 KB)



ผลงานตีพิมพ์ชิ้นนี้ เป็นหนึ่งในสามผลงาน ที่ไอน์สไตน์เผยแพร่ในปี 1905 ที่หลายคนยกให้เป็นปีทองของฟิสิกส์
ในงานชิ้นนี้ ไอน์สไตน์ได้เสนอแนวคิดของ "โฟตอน" เพื่อที่จะใช้อธิบายปรากฏการณ์
ที่เรียกว่าโฟโตอิเล็กทริก และเป็นผลงานชิ้นนี้ ที่ทำให้ไอน์สไตน์ได้รางวัลโนเบล
ผลงานชิ้นนี้ไม่เพียงทำให้ ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลสูงสุดของนักวิทยาศาสตร์ แต่ยังเป็นผลงาน
ที่จุดประกายนักฟิสิกส์ทั่วโลก ให้เกิดแนวคิดใหม่ด้านฟิสิกส์ ที่เรียกว่า ฟิสิกส์ควอนตัม
ที่เปลี่ยนความคิดในการมองโลก ผ่านสูตรฟิสิกส์ไปเป็นอีกยุคนึง ตอนนั้นคงไม่มีใครคาดคิดว่า
ผลการอธิบายปรากฏการณ์เล็กๆ อย่างโฟโตอิเล็กทริก จะเปลี่ยนความคิดของนักฟิสิกส์ เกือบทั้งโลกในเวลาต่อมา



อย่างไรก็ตามหลายคนในยุคนั้น ไม่เชื่อการคำนวณบนกระดาษ และหลายคนพยายาม ทำการทดลอง
เพื่อพิสูจน์ว่าไอน์สไตน์คิดผิด โรเบอร์ต มิลิแกน (Robert A Millikan) ซึ่งขณะนั้นอยู่ทีสหรัฐอเมริกา
ก็เป็นหนึ่งในนั้น มิลิแกนใช้เวลาเกือบ 10 ในการสร้างอุปกรณ์ ที่มีความแม่นยำ และความละเอียดสูง
ในการทดลองเรื่องของประจุของอิเล็กตรอน และการทดลองทดสอบทฤษฎีของไอน์สไตน์ ในเวลาเดียวกัน
แต่ผลที่ออกมา กลับเป็นการพิสูจน์ว่าทฤษฎีไอน์สไตน์ ได้ทำนายไว้ก่อนหน้านี้เป็นจริง




พัฒนาการของโฟโตอิิเล็กทริก

ค.ศ.	เหตุการณ์
1704	กว่า 300 ปี มาแล้วที่ ไอแซค นิวตัน (Sir Isaac Newton) ได้เสนอแนวคิดในบทความวิชาการ 5 หน้ากระดาษ ว่าแสงประกอบไปด้วยอนุภาคเล็กๆและถูกปล่อยออกมาจากวัสดุเรืองแสง ซึ่งทฤษฎีนี้ก็ได้รับการยอมรับกันแพร่หลาย จนถึงศตวรรษที่ 19 ที่ทฤษฎีนี้ถูกล้มล้างด้วยความคิดที่ว่าแสงเป็นคลื่น โดยแมกซ์เวล์
1865	แมกซ์เวล์ (James Maxwell) ทำนาย(จากการคำนวณ)ว่า แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิิดหนึ่ง
1887	ไฮน์ริก เฮิร์ทซ์ (Heinrich Hertz) สนับสนุนความคิดของแมกซ์เวลลฺ์ และพบว่าเครื่องส่งสัญญาณวิทยุ Spark-Gab generator ทำงานดีขึ้น หากมีแสงอุลตร้าไวโอเลตมาตกกระทบบนอุปกรณ์ เป็นจุดเริ่มต้นของปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก
1899	ฟิลิป เลนาร์ด (Philipp Lenard) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ทำการทดลองเพื่อหาสาเหตุตามของสังเกตุของ เฮิร์ทซ์ โดยการฉายแสงที่มีความถี่เดียวลงบนแผ่นโลหะ เค้าพบว่ามีอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่งถูกผลักให้หลุดออกจากโลหะ
1905	ฟิลิป เลนาร์ด ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ สำหรับผลงานเรื่องโฟโตอิเล็กทริก
1905	อัลเบริ์ต ไอน์สไตน์ ตีพิมพ์ผลงานเรื่อง แสงเป็นกลุ่มของพลังงาน (มีลักษณะที่จะเป็นอนุภาคมากว่าจะเป็นคลื่น) เพื่ออธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก
1912	โรเบอร์ต มิลิแกน (Robert A Millikan) ทำการทดลองที่มหาวิทยาลัยชิคาโก โดยเครื่องมือที่มีความละเอียดสูง เพื่อพิสูจน์ว่าความคิดของไอน์สไตน์เป็นไปไม่ได้ แต่ผลการทดลองตลอดระยะเวลา 10 ปี กลับไม่เป็นอย่างที่มิลิแกนคิด แต่ยิ่งเป็นการพิสูจน์ว่าความคิดของไอน์สไตน์ถูกต้องไร้ที่ติ
1921	อัลเบริ์ต ไอน์สไตน์ ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์
1923	โรเบอร์ต มิลิแกน ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์

ฟิลิป เลนาร์ด ได้รางวัลโนเบล ปี 1905	อัลเบริ์ต ไอน์สไตน์ ได้รางวัลโนเบล ปี 1921	โรเบอร์ต มิลิแกน ได้รางวัลโนเบล ปี 1923
รายชื่อและรูปของผู้ได้รับรางวัลโนเบล และมีผลงานเกี่ยวเนื่องกับปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก

จริงๆแล้วเรื่องราว ของปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก เป็นส่วนเล็กๆของ เรื่องราวของการถกเถียงกันว่าแสงเป็น
คลื่น หรือ อนุภาค หรือ เป็นทั้งสองอย่าง หรือเป็นอะไรที่เราไม่รู้จัก และจินตนาการไม่ถึงกันแน่ มีเรื่องราวสนุกสนานเกิดขึ้นมากมายในช่วง
300 ปีตั้งแต่ นิวตัน จนถึง QED ของไฟน์แมน



แหม! แต่เนื้อที่หมดแล้วครับ มีเวลาจะกลับมาเล่าให้ฟังอีกครับ



เอกสารอ้างอิง

• ภาพประกอบในบทความทั้งหมดนำมาจาก เว็บไซท์รางวัลโนเบล, www.nobelprize.org

• Ralph Baierlein, “Newton to Einstein: The Trail of Light”, ISBN-10: 0521423236,
Cambridge University Press




บทความนี้ตีพิมพ์ครั้งแรกใน วารสาร อัพเดท

เกี่ยวกับผู้เขียน ผศ. ดร. บุญญฤทธิ์ อุยยานนวาระ (เป็น 1 ใน 3 ผู้ก่อตั้ง วิชาการ.คอม) จบ ม.ต้น จากโรงเรียนเบญจมราชูทิศ จังหวัด นครศรีธรรมราช ก่อนที่จะเข้ารับทุนการศึกษาโครงการ พสวท และเรียนต่อ ม.ปลายที่ โรงเรียนหาดใหญ่วิทยาลัย จังหวัดสงขลา และสำเร็จการศึกษาปริญญาตรี ด้วยเกียรตินิยมอันดับหนึ่ง ที่คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ และ ปริญญาเอก จาก King's College, London มหาวิทยาลัยลอนดอน ประเทศอังกฤษ (ด้วยทุนการศึกษา โครงการ พสวท. ตั้งแต่ ม.4 จน จบ ป.เอก) ปัจจุบัน ดร. บุญญฤทธิ์ อุยยานนวาระ มีตำแหน่งเป็น ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ประจำภาควิชาไอที (http://www.siit.tu.ac.th/bunyarit) ที่ สถาบันเทคโนโลยีนานาชาติสิรินธร แห่ง มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ดร. บุญญฤทธิ์ เป็นอีกหนึ่งท่าน ที่ขอเป็นอีกแรง ช่วยผลักดัน การเผยแพร่เรื่องราวดีๆ สู่ประเทศไทย ผ่านวิชาการ.คอม

---

	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.