อาร์เทอร์ คอมป์ตัน อัจฉริยะผู้ค้นพบปรากฏการณ์คอมป์ตัน
นักเรียนที่เรียนสายวิทย์ทุกวันนี้จะต้องเรียนเรื่อง ปรากฏการณ์คอมป์ตัน (Compton effect) ซึ่งถูกตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์เชิงการทดลองผู้เก่งกาจอย่าง อาร์เทอร์ คอมป์ตัน (Arthur Compton) แต่หลายคนๆอาจไม่รู้ว่าปรากฏการณ์นี้คืออะไรและมีความสำคัญอย่างไร
บทความนี้จะพาทุกท่านไปทำความเข้าใจกัน
แสง (light) เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความยาวคลื่นของมันอยู่ในช่วงที่ตาของมนุษย์เรามองเห็น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงอื่นๆที่ตามนุษย์เรามองไม่เห็นก็มี เช่น คลื่นวิทยุ อินฟราเรด รังสีอัลตราไวโอเล็ต รังสีเอกซ์ เป็นต้น แต่ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแม็กเวลล์นั้นสามารถอธิบายธรรมชาติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในทุกช่วงได้เป็นอย่างดี
จนกระทั่งนักฟิสิกส์ค้นพบปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกส์อันลึกลับ ที่ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบฉบับอธิบายไม่ได้ ผู้อธิบายปรากฏการณ์นี้ได้อย่างสมบูรณ์เป็นคนแรกคือ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ด้วยการมองว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีธรรมชาติความเป็นอนุภาคที่เรียกว่า โฟตอน (photon)
คำถามคือมีปรากฏการณ์อื่นๆที่ต้องใช้แนวคิดเรื่องโฟตอนอธิบายอีกหรือไม่?
อาร์เทอร์ คอมป์ตัน เป็นนักฟิสิกส์ชาวอเมริกันผู้ตอบคำถามนี้ด้วยการทดลองให้เห็นธรรมชาติของโฟตอนได้อย่างชัดเจน และที่สำคัญมันเรียบง่ายมาก
เขาทดลองยิงรังสีเอกซ์ใส่คาร์บอน แล้ววัดการกระเจิงของรังสีเอกซ์ออกมาที่มุมต่างๆ เขาพบว่าความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ที่กระเจิงออกมานั้นเปลี่ยนแปลงไปตามมุม! ซึ่งนับว่าแปลกมาก ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบดั้งเดิมไม่สามารถอธิบายการเปลี่ยนความยาวคลื่นหลังการกระเจิงออกมาได้
ในมุมมองแบบคลาสสิค เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเข้ามากระทบกับอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุไฟฟ้า มันจะทำให้อิเล็กตรอนสั่นไปมาแล้วปลดปล่อยคลื่นที่ความยาวคลื่นเดิมออกมา โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง
คอมป์ตันอธิบายผลการทดลองที่เกิดขึ้นว่า หากเราปล่อยรังสีเอกซ์ให้มากระทบกับอิเล็กตรอน รังสีเอกซ์จะเกิดการกระเจิงออกไปที่มุมค่าหนึ่ง อิเล็กตรอนก็กระเจิงออกไปด้วยมุมอีกค่าหนึ่งเช่นกัน เมื่อรังสีเอกซ์กระเจิงออกไปความยาวคลื่นของมันจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากรังสีเอกซ์ถ่ายทอดพลังงานและโมเมนตัมบางส่วนให้กับอิเล็กตรอนนั้น
จะเห็นได้ว่าคำอธิบายนี้มองว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีลักษณะเป็นอนุภาคที่พุ่งเข้าไปชนอิเล็กตรอน ไม่ต่างอะไรกับกับการชนกันของลูกบิลเลียดสองลูก แล้วกระทบชิ่งไป เป็นการมองภาพอนุภาคโฟตอนที่ชัดเจนอย่างมาก
ที่สำคัญคือ เมื่อวิเคราะห์การทดลองของคอมป์ตันแบบลึกๆยังทำให้เรารู้ด้วยว่า การกระเจิงแบบคอมป์ตันจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนกับโฟตอนความถี่สูงอย่างรังสีเอกซ์หรือรังสีแกมมา แต่สำหรับโฟตอนความถี่ต่ำอย่างแสง ความยาวคลื่นที่เปลี่ยนไปจะน้อยมากจนยากจะสังเกตและกลายเป็นการกระเจิงแบบคลาสสิคไป
การทดลองที่แสดงให้เห็นธรรมชาติเชิงอนุภาคของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างชัดเจนนี้ ทำให้นักฟิสกส์สิ้นสงสัยในทวิภาคของคลื่นอนุภาคที่มีอยู่ในแสง ส่งผลให้อาร์เทอร์ คอมป์ตัน ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1927 นอกจากนี้เขายังมีผลงานด้านการศึกษารังสีคอสมิกด้วย
ในปี ค.ศ. 1991 องค์การนาซาส่งกล้องโทรทรรศน์ตรวจจับรังสีแกมมาขึ้นไปโคจรรอบโลกโดยมันถูกตั้งชื่อว่า กล้องโทรทรรศน์รังสีแกมมาคอมป์ตัน (Compton Gamma Ray Observatory) เพื่อเป็นเกียรติแก่นักฟิสิกส์ผู้นี้
- 2
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
