หลายคนเคยได้ยินคำว่าอนุภาคของแสง แต่เป็นอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ที่อภิปรายการค้นพบของเขาว่าอนุภาคของแสงแท้ที่จริงแล้วประกอบมาจากเม็ดเล็กๆ เมื่อเขาได้พิจารณาปรากฏการณ์ที่เรียกว่า #โฟโต้อิเลคทริค (photoelectric effect)
เขาศึกษาสารบางชนิดที่สร้างกระแสไฟฟ้าอ่อนๆเมื่อถูกฉายด้วยแสง นั่นคือมันปล่อยอิเลคตรอนออกมา ปัจจุบันเราใช้ในชีวิตประจำวันจนชิน ตัวอย่างเช่นเซลล์โฟโต้อิเลคทริคที่คอยเปิดประตูเมื่อเราเข้าใกล้ โดยตรวจจับว่ามีแสงเข้ามาในเซนเซอร์หรือไม่ เพราะแสงมีพลังงาน(เช่น ทำให้เราอุ่นขึ้น) และพลังงานของมันทำให้อิเลคตรอน ‘กระโดดออกจาก’ อะตอมของมัน กล่าวคือพลังงานเป็นตัวกระตุ้นอิเลคตรอน
แต่แล้วมีบางอย่างประหลาด คือถ้าฟังแค่นี้ มันก็ดูสมเหตุสมผลที่เราจะคาดว่าหากพลังงานของแสงน้อย หรือแสงสลัว ปรากฏการณ์กระโดดนี้จะไม่เกิด และจะเกิดก็ต่อเมื่อมีพลังงานเพียงพอ นั่นคือเมื่อแสงสว่างจ้า แต่ความจริงแล้วไม่เป็นเช่นนั้น สิ่งที่สังเกตได้คือปรากฏการณ์นี้จะเกิดเมื่อ “ความถี่” ของแสงสูงพอ และจะไม่เกิดขึ้นหากความถี่ต่ำ นั่นคือมันจะเกิดหรือไม่เกิด ขึ้นอยู่กับสีของแสง (หรือความถี่) แทนที่จะเป็นความเข้มของแสง (หรือพลังงาน)
เราไม่มีทางเข้าใจปรากฏการณ์แบบนี้ได้ด้วยฟิสิกส์ฉบับเดิมที่มี ไอน์สไตน์จึงใช้ไอเดียเรื่องก้อนพลังงานแพลงค์ที่มีขนาดขึ้นกับความถี่ และสมมติให้ก้อนพลังงานเหล่านี้มีอยู่จริง ปรากฏว่ามันอธิบายปรากฏการณ์นี้ได้ลงล็อก
ลองจินตนาการว่าหากแสงเดินทางในรูปของเม็ดพลังงาน อิเลคตรอนจะถูกเตะออกจากอะตอมของมันหากแต่ละเม็ดที่ชนมันมีพลังงานมากพอ สิ่งที่สำคัญคือพลังงานของแต่ละเม็ด ไม่ใช่จำนวนของเม็ด และถ้าพลังงานของแต่ละเม็ดถูกกำหนดโดยความถี่ ปรากฏการณ์จะเกิดขึ้นต่อเมื่อความถี่สูงเพียงพอ นั่นคือหาก แต่ละเม็ดของพลังงาน มีขนาดใหญ่พอ โดยไม่ขึ้นกับพลังงานรวมที่มีอยู่ทั้งหมด
ให้คุณลอกนึกภาพลูกเห็บตกใส่รถ รถคุณจะบุบหรือไม่ถูกกำหนดโดยขนาดของลูกเห็บแต่ละก้อนไม่ใช่จำนวนรวมของลูกเห็บ มันอาจจะมีลูกเห็บจำนวนมากมายมหาศาลแต่ไม่สร้างความเสียหายถ้าทุกก้อนมีขนาดเล็ก ในแบบเดียวกัน หากแสงเข้มมาก ซึ่งหมายถึงมีจำนวนก้อนพลังงานของแสงจำนวนมาก อิเลคตรอนจะไม่ถูกเตะออกจากอะตอมหากแต่ละเม็ดแสงมีขนาดเล็กเกินไป นั่นคือหากแสงมีค่าความถี่ต่ำเกินไป ความเข้าใจนี้อธิบายว่าทำไมสีของแสงจึงเป็นกำหนดว่าปรากฏการณ์โฟโต้อิเลคทริค ไม่ใช่ความสว่างของแสง
และด้วยการใช้เหตุผลง่ายๆเช่นนี้เองทำใหไอน์สไตน์ได้รับรางวัลโนเบล แต่ก็อย่างที่เขาพูดนั่นแหละ มันเข้าใจไม่ยากหรอกหากมีคนเคยคิดอย่างทะลุปรุโปร่งแล้ว ความยากอยู่ที่การคิดมันอย่างทะลุปรุโปร่งให้ได้ในทีแรก
ปัจจุบันเราเรียกก้อนพลังงานเหล่านี้ว่า "โฟตอน (photon)" มาจากคำภาษากรีกที่แปลว่าแสง โฟตอนเป็นเม็ดของแสง หรือพูดได้ว่าโฟตอนเป็น ‘ควอนตัม’ ของแสงนั่นเอง
อ่านความมหัศจรรย์ในโลกแห่งฟิสิกส์ควอนตัมแบบนี้ได้ใน
"Reality Is Not What It Seems ความจริงไม่ใช่อย่างที่เห็น"
เขียนโดย คาร์โล โรเวลลี
สำนักพิมพ์ Sophia
- 3
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
