ที่คุณอ่านแล้วไม่เข้าใจเป็นเรื่องปรกติมากผมเคยเรียนฟิสิกส์มา กว่าจะเข้าใจก็เกือบจะแก่แล้ว คนส่วนใหญ่จะคิดว่า สมการ e=mc^2 เอาไว้ทําระเบิดนิวเคลียร์และไม่เข้าใจทฤษฎีสัมพัทธภาพ ขนาดคุณเองยังเขียนชื่อผิดเลย ทฤษฎีสัมพัทธภาพเป็นการปฏิวัติความรู้ความเข้าใจใหม่ๆในวงการฟิสิกส์ ( เดิมเป็นฟิสิกส์ยุคคลาสิคสมัยนิวตัน ) และเปิดมุมมองใหม่ๆและนําไปสู่ความรู้ด้านอื่นๆ เป็นการปฏิวัติวงการวิทยาศาสตร์เลยที่เดียว หลักสัมพัทธภาพจะมีอยู่ 2 แบบคือ สัมพัทธภาพแบบพิเศษกับแบบทั่วไป ลองค่อยๆอ่านตามดูนะครับ( ผมอ่านมาจากหนังสือ ไอน์สไตน์ หลุมดํา บิกแบง ของศ. ดร.ไพรัช ธัชยพงษ์ แล้วมาเขียนสรุปย่อๆให้ลองอ่านดู ซึ่งเล่มนี้เป็นเล่มที่ผมอ่านแล้วเข้าใจและชอบมากที่สุด ขอยกเครดิตให้อาจารย์ด้วยครับ )
1. สัมพัทธภาพคืออะไร
เราเคยถือแก้วน้ำเดินไปมาบนเรือที่วิ่งด้วยความเร็วคงที่โดยไม่รู้สึกว่านํ้ากระฉอก เราอาจจะคิดว่าเป็นเพราะเรือวิ่งช้า แต่ถ้าเราอยู่ในจรวดที่วิ่งเร็วมากๆด้วยความเร็วคงทีีหรือจะตีเทนนิสบนดาวเคราะห์ที่หมุนด้วยความเร็ว เราจะไม่รู้สึกถึงสิ่งเหล่านั้นว่ามันมีผลมากระทบกับเรา เราไม่รู้สึกว่ามันเคลื่่อนที่ เราก็ยังทําอะไรได้ตามปรกติ เรือ จรวด ดาวเคราะห์หรืออะไรที่เราอาศัยอยู่เราเรียกมันว่าเป็น กรอบอ้างอิงเฉื่อย โดยเจ้ากรอบที่ว่ามันไม่ได้ทําให้เราเสียหลักหรือ นํ้าพุ่งทะลุออกจากแก้ว เราใช้มันเป็นตัวเปรียบเทียบ เช่นจะหาความเร็วของคนเดินต้องเทียบกับกรอบ( คือเรือ) ที่เรียกว่าเฉื่อยเพราะกรอบนี้มันเคลื่อนที่สมํ่าเสมอ ไม่เปลี่ยนความเร็ว กฏทางฟิสิกส์ทุกชนิดจะเป็นจริงในกรอบอ้างอิงนีไม่ว่าจะเป็นที่ใดในจักรวาล ไม่มีสถานที่ใดพิเศษที่ต่างออกไป นี่คือหลักสัมพัทธภาพ
สัมพัทธภาพแสดงนัยยะว่า ในจักรวาลนี้ไม่มีอะไรหยุดนิ่ง เราอยู่บนโลก ที่หมุนรอบตัวเอง หมุนรอบดวงอาทิตย์ ซึ่งก็อยู่ในกาแล็คซี่ที่กําลังเคลื่อนตัว แต่เราไม่รู้สึกถึงมันเลย เราคิดว่าทุกอย่างหยุดนิ่ง เป็นผลมาจากสัมพัทธภาพ
2. กาลิเลโอ เป็นคนแรกที่ค้นพบกฏของสัมพัทธภาพที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ
3. ต่อมาในยุคของนิวตันที่ค้นพบกฏการเคลื่อนที่ของวัตถุ แรง ความเร็ว ความโน้มถ่วง วงโคจรของดาวเคราะห์ ก็ยังอ้างอิงกรอบที่มีความเร็วคงที่เหมือนกับกาลิเลโอ นั่นคืออ้างอิงหลักสัมพัทธภาพอยู่นั่นเอง
4. จุดเปลี่ยนมาถึง เมื่อ แม็กเวลค้นพบทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าและพบว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีความเร็วคงที่ 3×10^8 m/s เราจะเห็นว่าวัตถุเคลื่อนที่อ้างอิงจากกรอบเฉื่อย เสียงเป็นคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง (กรอบเฉื่อยคืออากาศ)
แสงก็เป็นคลื่นเช่นเดียวกับเสียงจึงน่าจะผ่านตัวกลางเช่นกัน นักวิทย์สมัยก่อนเรียกมันว่า อีเธอร์ ที่มีกระจายอยู่ทุกที่ในจักรวาล ทําให้แสงสามารถเดินทางผ่านบริเวณสูญญากาศในอวกาศมายังโลกได้
แต่หลักการนี้มันขัดกับ สัมพัทธภาพเพราะ อีเธอร์ถ้ามีจริง ก็จะไม่เป็นกรอบอ้างอิงเฉื่อยเพราะมีอยู่ตัวเดียวในจักรวาล และถ้ามันไม่อยู่นิ่ง กฎฟิสิกส์ก็จะใช้ไม่ได้ ทําให้ความเร็วแสงไม่คงที่หรือเท่ากันทุกที่ในจักรวาล เพราะต้องเอาความเร็วของ อีเธอร์มาคํานวณด้วย
5. ไอน์สไตน์เชื่อว่า อีเธอร์ไม่มีอยู่จริง แล้วทําไมแสงจึงมีความเร็วคงที่ตามสมการแม๊กเวล อะไรคือกรอบอ้างอิงของแสง จุดเริ่มต้นมาจากแนวคิดเรื่องการเคลื่อนที่ของนิวตันในเรื่องความเร็วสัมพัทธ ในกรณีที่ขับรถยนต์คู่ขนานไปกับรถเพื่อนด้วยความเร็วเท่ากัน เราจะเห็นเพื่อนในสภาพเหมือนไม่ได้อยู่ในรถ คือเห็นหน้าตาชัดเจน กําลังทําอะไรอยู่ ไอน์สไตน์จึงจินตนาการว่าถ้าตัวเองสามารถวิ่งเร็วเท่าแสง คู่ไปกับแสงจะเกิดอะไรขึ้น ตามกฎของนิวตัน ไอน์สไตน์จะเห็นลําแสงหยุดนิ่ง เห็นเม็ดโฟตอนที่เป็นอนุภาคของแสง ซึ่งในความเป็นจริงมันขัดหลักการของ แม๊กเวลที่ว่าแสงเป็นคลื่นที่เคลื่อนไปข้างหน้า หยุดนิ่งไม่ได้ และแสงที่กระทบตาเราจะไม่มีเพราะแสงหยุดนิ่งไปก่อนแล้วจะเห็นแสงหยุดนิ่งได้อย่างไร เหล่านี้ใันขัดสามัญสํานึกอย่างแรง
จนสุดท้าย ไอน์สไตน์จึงนึกออก ที่เป็นไปได้ จะต้องไม่มีอะไรที่วิ่งเร็วเท่าแสง จึงจะไม่ขัดหลักการนี้ นั่นคือแสงจะมีความเร็วคงที่สมอไม่ว่าจะอ้างอิงจากอะไร นั่นเป็นที่มาของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษอันลือลั่นของไอน์สไตน์ที่ต่อยอดมาจากกาลิเลโอ สัมพัทธภาพพิเศษกล่าวไว้ว่า
- กฎฟิสิกส์ทุกชนิดเป็นจริงเสมอในกรอบอ้างอิงเฉื่อย ( ไม่ได้ใช้กับการเคลื่อนที่เพียงอย่างเดียว)
- ความเร็วแสง คงที่เสมอในทุกกรอบอ้างอิงเฉื่อย
( เท่ากันทุกที่ ในจักรวาล ) จึงไม่จําเป็นต้องมี อีเธอร์ เป็นกรอบอ้างอิง และไม่มีอะไรเร็วเท่าแสง
6. ความเข้าใจในความลับของแสงที่มีความเร็วคงที่ และเร็วสุดในจักรวาลเป็นที่มาของทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไป ที่ไอน์สไตน์เห็นว่า สัมพัทธภาพแบบเฉพาะยังไม่ครอบคลุม เพราะใช้กับกรอบเฉื่อยที่ความเร็วคงที่เท่านั้น ยังไม่วามารถใช้กับวัตถุที่มีความเร่ง จึงเพิ่มเติมในส่วนที่จะอธิบายต่อยอดเรื่องอื่นๆ ที่สัมพันธ์กับความเร็วแสง เช่น
อธิบายว่าวัตถุที่มีความเร่งด้วยว่า ความเร่งกับแรง เป็นสิ่งเดียวกัน ใช้อธิบายแรงโน้มถ่วงว่าเป็นสนามมิใช่แรงโน้มถ่วงตามความคิดของนิวตัน Space& time บิดเบี้ยวได้จากสนามโน้มถ่วง เวลาไม่ได้เท่ากันทุกที่ในจักรวาลและจะช้าลงเมื่อวัตถุวิ่งด้วยความเร็วใกล้แสง หรืออยู่ใกล้สนามความโน้มถ่วงสูงๆเช่นหลุมดํา วัตถุวิ่งเร็วใกล้แสง มวลจะมากขึ้น ความยาวจะหดตัวลง สมการที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานและมวล e=mc^2 จะแสดงนัยยะนั่นคือ วัตถุที่วิ่งความเร็วใกล้แสง ต้องใส่พลังงานเป็นจํานวนมาก มวลของมันก็จะเพิ่มเป็นขึ้นเพื่อที่จะหยุดความเร็วของวัตถุไว้ ยิ่งความเร็วใกล้แสงมากเท่าไร มวลจะเป็นอนันต์ ความยาวจะเป็น 0 เวลาก็หยุดเดิน จีงเป็นไปไม่ได้ที่จะทํายานอวกาศให้เร็วเท่าแสง อีกนัยยะของสมการนี้คือมวลน้อยๆสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานมหาศาลได้ จึงนํามาใช้ทําระเบิดนิวเคลียร์
7. ทฤษฎีของไอน์สไตน์ ต่อยอดไปถึง ความรู้เรื่องสนามโน้มถ่วง spaces- time หลุมดํา และเป็นพื้นฐานในกลศาสตร์ควอนตัมด้วย ซึ่งฟิสิกส์ควอนตัมจะเป็นตัวเผยความลับของจักรวาลต่อไป อยากให้น้องศึกษาเรื่องเหล่านี้ต่อไปเยอะๆ จะเปิดโลกจินตนาการได้เยอะเลย และลองหาหนังสืออาจารย์ไพรัช มาอ่านดูจะเข้าใจยิ่งขึ้น
- 7
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
