คำอธิบายฮิกส์โบซอนเฉพาะบุคคล

 ในช่วงนี้ ข่าวที่ฮ๊อตที่สุดในวงการวิทยาศาสตร์คงจะไม่พ้นเรื่องการค้นพบอนุภาคฮิกส์โบซอน (กำลังรอการยืนยัน) เป็นอนุภาคที่ถูกขนานนามว่าอนุภาคพระเจ้า แน่นอนว่าคำเรียกที่ดูเลยเถิดนี้สร้างความสนใจให้กับผู้คนไม่น้อย มีคนทุกเพศทุกวัยสงสัยอยากรู้ว่าตกลงแล้วไอ้เจ้าอนุภาคพระเจ้านี้คืออะไรกันแน่ หากคุณคือผู้ถาม จะไม่มีปัญหาสำหรับคุณ แต่ถ้าคุณกลับกลายเป็นผู้ถูกถามล่ะ คุณจะตอบพวกเขาอย่างไร ก่อนอื่นขอให้คุณพิจารณาดูว่า ผู้ที่มาถามคุณเกี่ยวกับฮิกส์โบซอนนั้น เขาคือใคร เป็นเด็ก หรือ ผู้ใหญ่ และประเมินว่า เขามีความรู้ด้านฟิสิกส์มากเท่าใด หลังจากพิจารณาแล้ว… “In the name of god particle หรือ ในนามแห่งอนุภาคพระเจ้า” จะขอแนะนำให้คุณเลือกคำตอบที่เหมาะสม ดังนี้

รูป ปีเตอร์ ฮิกส์ ผู้เสนอแนวคิดกลไกของฮิกส์

1. สำหรับคนนั่งทางใน วิ่ง โต๊ด เต็ง ขอให้รวย

      ท้ายสามตัวงวดนี้ก็ไม่ได้ออก 125 ฉะนั้น อนุภาคฮิกส์ไม่มีอยู่จริง!!?

นี่ไม่ใช่การใบ้เลขแต่อย่างใด

2. สำหรับเด็กน้อยเจ้าปัญหา

      หากลูกน้อยของคุณเกิดความสงสัยว่าฮิกส์โบซอนคืออะไร แล้วเซ้าซี้ให้คุณตอบให้ได้ คำตอบที่แนะนำคืออธิบายว่า หากเปรียบตัวลูกน้อยคือสสาร สนามฮิกส์คือบ่อบอลที่อยู่ตามสนามเด็กเล่น (หรือพ่อแม่บางท่านอาจมีบ่อบอลเป่าลมอยู่ที่บ้าน) ลูกบอลพลาสติกแต่ละลูกคือฮิกส์โบซอน หากลูกลงไปเดินในบ่อบอล ลูกบอลเหล่านั้นจะขัดขวางการเดิน ทำให้เดินช้าหรืออาจทำให้ล้มได้ หากล้มก็เหมือนสสารถูกลากลงสู่ก้นของจักรวาล ที่ๆ มีงูและยักษ์รออยู่ แฮ่... (ขู่เด็ก จะได้เลิกถาม)

เด็กทุกคนกำลังถูกขัดขวางโดยอนุภาคฮิกส์โบซอน (ลูกบอล)

3. สำหรับนักเรียนภาษาอังกฤษ

      ฮิกส์โบซอนเป็นเหมือนกับการใช้ puntuation เป็นต้นว่า มันคือกลุ่มคำขยายที่เขียนระหว่างเครื่องหมาย semicolon และ comma ทำหน้าทีเพิ่มน้ำหนักให้กับประโยค หากขาดการใช้ puntuation แล้ว ประโยคจะอ่านไม่รู้เรื่อง อ่านไม่เข้าใจ แล้วประโยคจะกลายเป็นรหัสลับแทน

4. สำหรับนักเรียนมัธยมปลาย

      ฮิกส์โบซอนไม่ใช่อะตอม ไม่ได้ปรากฎเป็นตัวๆ ในโครงสร้างอะตอม แต่เป็นอนุภาคฐานชนิดหนึ่ง เพิ่งค้นพบที่ CERN... จริงๆ นะ... การมีอยู่ของฮิกส์โบซอนทำให้เกิดการรวมแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่เรียนตอน ม. 6 เทอมต้นกับการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีที่เรียนตอน ม.6 เทอมปลายไว้เป็นเรื่องเดียวกัน แล้วเมื่ออนุภาคฮิกส์ชนกับอนุภาคของสสารก็ทำให้สสารนั้นมีมวลด้วยนะ พวก อิเล็กตรอน โปรตอน และ นิวตรอน มีสปรินเป็น 1/2 แต่ไอ้เจ้าฮิกส์โบซอนนี้ดันมีสปริน 0 ซะงั้น ใช่ๆๆ... คำว่า "โบซอน" มันหมายถึงสปรินเป็นจำนวนเต็มนั้นแหละ 0 เป็นจำนวนเต็มใช่ไหมล่ะ โอ๊ะลืมบอกไป ฮิกส์โบซอนเป็นกลางทางไฟฟ้าด้วยนะ อ้อ... เรื่องนี้ไม่มีออกข้อสอบ PAT2 หรือ PAT3 หรอก ไม่ต้องห่วง การรวมแรงของธรรมชาติเกิดจากความคิดไอน์สไตน์.... (เปลี่ยนไปเล่าเรื่องไอน์สไตน์แทน)

5. สำหรับนักธุรกิจ

      นี่คือการค้นพบนี้ทำให้สูญเงินไปมหาศาล ไม่มีผลกำไร และยังมีท่าทีว่าจะต้องใช้เงินไปกับมันอีกอย่างไม่สิ้นสุด

6. สำหรับผู้ที่กำลังพาลูกไปเที่ยว ถ้าลูกถามคุณ ให้ตอบดังนี้

      มันคืออนุภาคที่นักวิทยาศาสตร์ต้องหามันให้พบให้ได้ เพราะพวกเขารู้ว่าหากไม่มีอนุภาคนี้ เพราะเอกภพจะเป็นอย่างที่เป็นอยู่ไม่ได้ อนุภาคส่วนประกอบของสสารอื่นๆ จะไม่มีมวลจึงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง มันก็เป็นแบบนี้แหละนะ แล้วอย่าถามอีกนะ ไม่งั้นจะไม่พาไปสวนสนุกล่ะ

เด็กๆ พวกนี้อาจถามคุณก็ได้ว่า "ฮิกส์โบซอนคืออะไร"

7. สำหรับผู้ที่มีความรู้ทางฟิสิกส์ในระดับดีและคุณต้องการให้เขาประทับใจ

      ฮิกส์โบซอนคืออนุภาคมูลฐานจากแนวคิด “กลไกของฮิกส์” ที่ถูกเสนอในปี พ.ศ. 2505 โดย นักฟิสิกส์ชื่อ ปีเตอร์ ฮิกส์ แนวคิด “กลไกของฮิกส์” คือส่วนต่อเติมของแบบจำลองอนุภาคมาตรฐาน (standard model of particle physics) ซึ่งอธิบายว่า สนามฮิกส์เป็นสนามสเกลา มีโครงสร้างเป็น 2 คู่ แต่ละคู่เป็นฟังก์ชันเชิงซ้อน หรือก็คือสนามฮิกส์มี 4 DOF (DOF ย่อจาก degree of freedom คือ องศาความอิสระ) พลศาสตร์ของสนามฮิกส์มีสมมาตรภายใต้การหมุนระหว่าง 4 DOF นั้นคือ การหมุนระหว่างคู่และการหมุนบนระนาบเชิงซ้อนของแต่ละคู่ พูดให้ยากก็คือ พลศาสตร์ของสนามฮิกส์มีสมมาตรภายใต้เกจกรุ๊ป SU(2)  U(1) เพียงเสี้ยววินาทีหลังเกิดบิกแบง เอกภพมีพลังงานต่ำลง สนามฮิกส์จึงเสียสมมาตรที่มีอยู่เพื่อเข้าสู่สถานะใหม่ที่มีพลังงานต่ำกว่า 

เมื่อเอกภพมีพลังงานต่ำลง สนามฮิกส์เริ่มอยากจะตกลงไปสู่สภานะที่มีพลังงานต่ำกว่า โดยการยอมเสียสมมาตร

ทำให้พลศาสตร์ของสนามฮิกส์มีเหลือแค่สมมาตรแค่การหมุนระหว่าง 3 DOF เท่านั้น แต่ 3 DOF ที่มีนี้กลับถูกดูดกลืนโดยสนามเวกเตอร์ 3 สนาม  ทำให้สนามเวกเตอร์ทั้ง 3 เกิดมีมวล และทำหน้าที่เป็นสื่อนำแรงของแรงนิวเคลียร์แบบอ่อน อีก 1 DOF ที่เหลือจากการเสียสมมาตรยังคงอยู่ สนามของสสารเมื่อมีอันตรกิริยากับสิ่งที่เหลือนี้จะเกิดมวลขึ้น สถานะกระตุ้นของ 1 DOF ที่เหลือของสนามฮิกส์ปรากฎเป็นอนุภาคฮิกส์โบซอนนั่นเอง ส่วนความสำคัญของการค้นพบอนุภาค ฮิกส์คือ เป็นสิ่งยืนยันว่า “กลไกของฮิกส์” มีอยู่จริง

3 DOF ของสนามฮิกส์หลังเสียสมมาตร โดน ของสนามเวกเตอร์ทั้ง 3 คือ W⁺ W^- และ Z ดูดกลืน (กิน) ทำให้พวกมันมีมวล ส่วน 1 DOF ที่รอดจะปรากฎเป็นอนุภาคฮิกส์โบซอน

ถึงตรงนี้ คุณจะได้รับแนวทางการอธิบายการค้นพบอนุภาคฮิกส์หลายแนวทาง พร้อมทั้งติดมุขตลก หวังว่าจะนำไปปรับใช้ เมื่อคุณถูกถามว่า "ฮิกส์โบซอนคืออะไร" ได้อย่างสนุกนะครับ

ที่มา:

1. http://www.indepencil.com/%E0%B8%AE%E0%B8%B4%E0%B8%81%E0%B8%AA%E0%B9%8C-%E0%B8%AD%E0%B8%99%E0%B8%B8%E0%B8%A0%E0%B8%B2%E0%B8%84%E0%B8%9E%E0%B8%A3%E0%B8%B0%E0%B9%80%E0%B8%88%E0%B9%89%E0%B8%B2/

Read More

Einstein's Gravity

Albert Einstein, who won the Nobel Prize in Physics in 1921, contributed an alternate theory of gravity in the early 1900s. It was part of his famous General Theory of Relativity, and it offered a very different explanation from Newton's Law of Universal Gravitation. Einstein didn't believe gravity was a force at all; he said it was a distortion in the shape of space-time, otherwise known as "the fourth dimension" (see How Special Relativity Works to learn about space-time).

Basic physics states that if there are no external forces at work, an object will always travel in the straightest possible line. Accordingly, without an external force, two objects travelling along parallel paths will always remain parallel. They will never meet.

But the fact is, they do meet. Particles that start off on parallel paths sometimes end up colliding. Newton's theory says this can occur because of gravity, a force attracting those objects to one another or to a single, third object. Einstein also says this occurs due to gravity -- but in his theory, gravity is not a force. It's a curve in space-time.

According to Einstein, those objects are still travelling along the straightest possible line, but due to a distortion in space-time, the straightest possible line is now along a spherical path. So two objects that were moving along a flat plane are now moving along a spherical plane. And two straight paths along that sphere end in a single point.

Still more-recent theories of gravity express the phenomenon in terms of particles and waves. One view states that particles called gravitons cause objects to be attracted to one another. Gravitons have never actually been observed, though. And neither have gravitational waves, sometimes called gravitational radiation, which supposedly are generated when an object is accelerated by an external force [source:Scientific American].

Gravitons or no gravitons, we know that what goes up must come down. Perhaps someday, we'll know exactly why. But until then, we can be satisfied just knowing that planet Earth won't go hurdling into the sun anytime soon. Gravity is keeping it safely in orbit.

source:

1.http://science.howstuffworks.com/environmental/earth/geophysics/question2322.htm

Read More

ทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม (ตอนที่ 1)

ผมไปเจอบทควาที่ดีมากๆ เขียนโดย คุณสุทัศน์ ยกส้าน ก็เลยอยากจะมาแชร์กัน เรื่องที่ว่านี้เป็นเรื่องเกี่ยวกับ ทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งคุณสุทัศน์เขียนไว้ได้อย่างน่าสนใจมาก ดังนี้ครับ

Schrödinger's cat เราไม่รู้ว่าแมวจะตายหรือไม่ จนกว่าจะเปิดกล่อง

วันที่ 14 ธันวาคม ค.ศ.1900 เป็นวันที่ทฤษฎีควอนตัมถือกำเนิด เมื่อ Max Planck ประสบความสำเร็จในการอธิบายว่า แสงที่วัตถุร้อนเปล่งออกมานั้น มีความเข้มและความยาวคลื่นที่ขึ้นกับอุณหภูมิของวัตถุอย่างไร โดยได้ตั้งสมมติฐานว่า วัตถุปลดปล่อยแสงออกมาในลักษณะเป็นก้อนพลังงานซึ่ง Planck เรียก quantum คำอธิบายของ Planck เช่นนี้ ไม่มีนักฟิสิกส์คนใดสนใจ แม้แต่ Planck เองก็ไม่มั่นใจในคำอธิบายของตนเองนัก

       
       ต่อมาในปี 1905 Albert Einstein ได้นำแนวคิดเรื่องควอนตัมของ Planck ไปอธิบายปรากฏการณ์ photoelectric ซึ่งอุบัติเวลาโลหะบางชนิดได้รับแสงแล้วมีกระแสไฟฟ้าไหล โดย Einstein ได้อธิบายว่าแสงประกอบด้วยอนุภาค (ในเวลาต่อมาอนุภาคแสงนี้มีชื่อเรียกว่า photon) แต่ก็ไม่มีใครเชื่ออีก เพราะนักวิทยาศาสตร์ทั้งโลก ณ เวลานั้นยอมรับและเชื่อในหลักฐานว่าแสงมีรูปลักษณ์และสมบัติของคลื่นมานานนับศตวรรษแล้ว
       
        จนกระทั่งถึงปี 1913 องค์ความรู้เรื่องควอนตัมก็เริ่มเป็นที่ยอมรับมากขึ้นเมื่อนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์กชื่อ Niels Bohr นำทฤษฎีควอนตัมไปอธิบายที่มาของเส้นสเปกตรัมแสงที่อะตอมไฮโดรเจนเปล่งออกมาได้อย่างน่าอัศจรรย์ทั้งๆ ที่ได้ตั้งสมมติฐานเหลือเชื่อหลายประเด็น อีก 12 ปีต่อมา ศิษย์ของ Bohr ชื่อ Werner Heisenberg ชาวเยอรมัน กับ Erwin Schroedinger ชาวออสเตรียก็ได้นำแนวคิดเรื่องควอนตัมนี้ไปศึกษาอะตอมที่มีโครงสร้างซับซ้อนกว่าไฮโดรเจนขึ้นไปอีก วิชากลศาสตร์ควอนตัมจึงถือกำเนิดอย่างเป็นทางการตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา
       
        ข้อสังเกตหนึ่งที่ได้จากการศึกษาเทคนิคคณิตศาสตร์ของนักฟิสิกส์ทั้งสองคือ Heisenberg พิจารณาอิเล็กตรอนในอะตอมว่าเป็นอนุภาค แต่ Schroedinger พิจารณาอิเล็กตรอนเป็นคลื่น แม้มุมมองจะแตกต่างกัน แต่ผลคำนวณให้คำตอบสุดท้ายที่ตรงกัน ทั้งๆ ที่ Heisenberg ใช้เทคนิคเมทริกซ์ (matrix) และ Schroedinger ใช้สมการอนุพันธ์ย่อย (partial differential equation) หลังจากนั้น Max Born ซึ่งเป็นอาจารย์ที่ปรึกษาของ Heisenberg ก็ได้แสดงให้เห็นว่า ฟังก์ชันคลื่นในสมการ Schroedinger มีความสัมพันธ์โดยตรงกับโอกาสการพบอนุภาคอิเล็กตรอน
       
        ในช่วงเวลาเดียวกันนั้น Clinton Davisson ชาวอเมริกัน และ George Thomson ชาวอังกฤษก็ได้สาธิตการทดลองที่แสดงให้เห็นว่า อิเล็กตรอนที่ทุกคนคิดว่าเป็นอนุภาค สามารถแสดงสมบัติในบางสถานการณ์เสมือนว่าเป็นคลื่นได้
       
        เมื่อมีการทดลองที่ยืนยันว่า อิเล็กตรอนแสดงพฤติกรรมเป็นอนุภาคก็ได้หรือคลื่นก็ได้ ส่วนแสงก็แสดงพฤติกรรมเป็นคลื่นก็ได้หรืออนุภาคก็ได้ ดังนั้น Bohr จึงนำเสนอหลักการเติมเต็ม (complementarity principle) ซึ่งมีใจความว่า ระบบควอนตัมจำเป็นต้องอาศัยคำบรรยายที่แสดงสมบัติทั้งสองด้าน คือ สมบัติอนุภาคและสมบัติคลื่น คำอธิบายเกี่ยวกับระบบจึงจะครบสมบูรณ์ นั่นคือ การกล่าวถึงเฉพาะสมบัติคลื่นหรือสมบัติอนุภาคแต่เพียงด้านเดียว ไม่เพียงพอ และระบบจะแสดงสมบัติด้านใด ก็ขึ้นกับว่า นักทดลองจะทดสอบสมบัติด้านใด เช่น ถ้านักทดลองจัดรูปแบบการทดลองให้ระบบแสดงสมบัติคลื่น ก็จะได้คลื่น และถ้าจัดการทดลองให้ระบบแสดงสมบัติด้านอนุภาค ก็จะได้อนุภาค แต่จะอย่างไรก็ตามระบบจะไม่แสดงสมบัติทั้งคลื่นและอนุภาคพร้อมกัน
       
        หลักปรัชญาของ Bohr นี้ได้รับการยืนยันว่าถูกต้องและมีตรรกะ เมื่อใช้หลักความไม่แน่นอน (uncertainty principle) ของ Heisenberg ซึ่งแถลงว่า เราไม่สามารถวัดตำแหน่งและโมเมนตัมของอนุภาคใดๆ ได้ อย่างแม่นยำ ในเวลาเดียวกัน ข้อจำกัดนี้มิได้เกิดจากการไร้ความสามารถของมนุษย์ แต่การที่เป็นเช่นนี้เพราะก่อนที่นักทดลองจะลงมือวัดค่าโมเมนตัม หรือตำแหน่งของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนมิได้มีโมเมนตัม และตำแหน่งที่มีค่าแน่นอน แต่มันมีโมเมนตัมได้นานาค่าและสามารถอยู่ได้ทุกหนแห่งรอบอะตอมในเวลาเดียวกัน
       
        หลักการเติมเต็มที่ Bohr นำเสนอในปี 1927 และหลักความไม่แน่นอนที่ Heisenberg นำเสนอในปีเดียวกันได้ทำให้ Einstein และ Bohr มีความเห็นไม่ตรงกันในเรื่องธรรมชาติของระบบควอนตัม จึงออกมาโต้แย้ง และคัดค้านเหตุผลของกันและกัน อย่างไม่มีใครยอมใครเป็นเวลานาน โดย Einstein ได้พยายามแสดงให้เห็นว่า หลักความไม่แน่นอนไม่เป็นจริงเสมอไป แต่ Bohr ก็ได้คิดการทดลองในจินตนาการที่หักล้างข้อโต้แย้งของ Einstein ทุกครั้งไป จนในที่สุด Einstein ก็ยอมรับว่า ในระบบควอนตัม หลักความไม่แน่นอนของ Heisenberg เป็นจริง อย่างไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ แต่ Einstein ก็ยังติดใจและยังไม่ยอมรับทฤษฎีควอนตัมว่าเป็นทฤษฎีที่สมบูรณ์ (คือไม่มีใครสามารถดัดแปลงให้ดีขึ้นได้อีก) เพราะ Einstein คิดว่า เทคนิคคณิตศาสตร์ที่ใช้ในทฤษฎีควอนตัมส่อแสดงความน่าจะเกิดขึ้นของเหตุการณ์ต่างๆ ซึ่งแสดงว่ากลศาสตร์ควอนตัมยังให้ความรู้ที่ไม่สมบูรณ์
       
        ในปี 1935 Einstein กับเพื่อนร่วมงานชื่อ Boris Podolsky และ Nathan Rosen แห่งมหาวิทยาลัย Princeton ได้นำเสนอการทดลองในจินตนาการเรื่องหนึ่งที่แสดงว่า ทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมไม่สามารถอธิบายได้ เพราะคำอธิบายของกลศาสตร์ควอนตัมเกี่ยวกับเรื่องนี้เป็นไปไม่ได้เพราะขัดแย้งกับสามัญสำนึกอย่างสิ้นเชิง ปฏิทรรศน์ (paradox) ที่นักฟิสิกส์ทั้งสามเสนอนี้มีเนื้อหาว่า สมมติมีอนุภาค 2 อนุภาคที่มีอันตรกริยาต่อกัน และในเวลาต่อมาได้ถูกแยกจากกัน ในมุมมองของกลศาสตร์ควอนตัมนั้น อนุภาคทั้งสองถือว่าเป็นองค์ประกอบของระบบเดียวกัน ดังนั้นถ้าวัดโมเมนตัมของอนุภาคตัวหนึ่ง ข้อมูลที่ได้จะทำให้รู้โมเมนตัมของอนุภาคอีกตัวหนึ่งทันที ในทำนองเดียวกัน ถ้าวัดตำแหน่งของอนุภาคตัวหนึ่ง ข้อมูลที่ได้จะทำให้รู้ตำแหน่งของอนุภาคอีกตัวหนึ่งทันที (เปรียบเสมือนกับ การมีรองเท้าสองข้าง แล้วนำข้างหนึ่งใส่กล่องส่งไปเชียงใหม่ ส่วนอีกข้างหนึ่งใส่กล่องส่งไปอุบลราชธานี ถ้าคนที่เชียงใหม่ได้รับรองเท้าข้างขวา เขาก็จะรู้ทันทีว่า คนที่อุบลราชธานีได้รับรองเท้าข้างซ้าย) Einstein กับเพื่อนทั้งสองมิได้ปฏิเสธว่า การรู้สมบัติของอนุภาคหนึ่ง จะทำให้รู้สมบัติของอนุภาคอีกตัวหนึ่ง แต่ประเด็นที่ทั้งสามสงสัย คือ การรู้สมบัติทั้งสอง (ตำแหน่งและโมเมนตัม) ของอนุภาคแสดงว่า ตำแหน่ง และโมเมนตัมของอนุภาคมีค่าที่แน่นอน แต่หลักความไม่แน่นอนของ Heisenberg แถลงว่าเรารู้ข้อมูลแน่นอนได้เพียงหนึ่งเดียว ไม่ใช่สองข้อมูล ดังนั้นกลศาสตร์ควอนตัมจึงไม่ใช่ทฤษฎีที่สมบูรณ์ ยิ่งไปกว่านั้นความรู้เกี่ยวกับข้อมูลหนึ่งจะมีผลทำให้รู้เกี่ยวกับข้อมูลที่สองในทันที เป็นเรื่องเหลือเชื่อ เพราะสัญญาณในการติดต่อระหว่างอนุภาคทั้งสองจะเดินทางด้วยความเร็วสูงยิ่งกว่าแสง ซึ่งเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ

Huge Everett พยายามอธิบายเรื่อง Parallel Universe        แต่ Bohr ก็เสนอคำอธิบายว่า ในวิชาควอนตัมนั้น ก่อนจะทำการวัดใดๆ อนุภาคยังไม่มีโมเมนตัมค่าหนึ่งค่าใด หรืออยู่ที่ตำแหน่งใดโดยเฉพาะ ตำแหน่งหรือโมเมนตัมของอนุภาคเกิดขึ้นหลังการวัด หรืออีกนัยหนึ่ง ความจริงในธรรมชาติเกิดขึ้นหลังการวัด ก่อนการวัด ธรรมชาติไม่มีค่าใดที่แน่นอน (หากเปรียบเทียบกรณีรองเท้า Einstein เชื่อว่า รองเท้าข้างซ้ายและขวามีอยู่ในกล่องตลอดเวลา แต่ Bohr อธิบายว่าในกล่องที่ส่งไปเชียงใหม่กับอุบลราชธานีนั้น ไม่มีใครบอกได้ว่า รองเท้าเป็นข้างซ้ายหรือข้างขวา คือทุกอย่างจะเบลอๆ แต่เมื่อคนที่เชียงใหม่เปิดกล่องออกดู รองเท้าจะปรากฏทันทีว่าเป็นซ้ายหรือขวา และในเวลาเดียวกันนั้น คนที่อุบลราชธานีก็จะพบว่า รองเท้าที่เห็นเป็นข้างขวาหรือข้างซ้ายในทันที การส่งข้อมูลถึงกันโดยต้นกำเนิดที่อยู่ห่างกันในทันทีนี้เป็นสมบัติลึกลับของระบบควอนตัม (ซึ่งสมบัตินี้ปัจจุบันนี้มีชื่อเรียกว่า ความพัวพัน (entanglement))             คำอธิบายของ Bohr เป็นที่ยอมรับในแวดวงนักฟิสิกส์ส่วนมาก และนักฟิสิกส์หลายคนไม่คิดว่าจะมีการทดลองใดๆ ที่สามารถแสดงสมบัติความพัวพันนี้ เพราะความพัวพันมีในธรรมชาติ ดังนั้น กลศาสตร์ควอนตัมก็สมบูรณ์ และไม่จำเป็นต้องมีองค์ประกอบใหม่อื่นใดเข้ามาเสริม เพื่อทำให้การทดลองให้ผลตรงกับความจริง ดังที่ John Bell แห่งห้องปฏิบัติการที่ CERN ในสวิสเซอร์แลนด์ได้เสนอไว้ในปี 1964             ครั้นเมื่อนักทดลองได้ทำตามที่ Bell เสนอ ตลอดเวลา 20 ปีต่อมา ก็ไม่พบว่า ทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมจำต้องมีตัวแปรซ่อนเร้น (hidden Variable) อื่นใดอีก นั่นคือ กลศาสตร์ควอนตัมในรูปแบบที่เป็นอยู่สมบูรณ์แล้ว             แต่มุมมองของ Bohr ก็ยังเป็นเรื่องที่คาใจนักฟิสิกส์กับนักปรัชญาอีกหลายคนตลอดเวลาที่ผ่านมาจนกระทั่งถึงวันนี้ว่า จากความเป็นไปได้ที่มีมากมายนั้น แต่เวลาทำการทดลองวัดสมบัติของระบบควอนตัม ในแต่ละครั้งจะวัดได้ค่าเดียว ส่วนค่าอื่นๆ ที่เป็นไปได้นั้น อันตรธานไปไหน หรือยุบรวมกันด้วยกลไกใด             ในความพยายามจะอธิบายปริศนานี้ Huge Everett ที่ 3 แห่งมหาวิทยาลัย Princeton ในสหรัฐอเมริกาได้เสนอความเห็นว่า ถ้าระบบควอนตัมมีความเป็นไปได้หลายรูปแบบ (จำนวนมากถึงอนันต์) ความจริงก็มิได้หลายรูปแบบ (จำนวนมากถึงอนันต์) เช่นกัน ดังนั้นเวลานักฟิสิกส์ทดลองวัดได้ค่าๆ หนึ่ง และค่าอื่นจำนวนนับอนันต์ จะปรากฏอยู่ในพหุภพ (multiverse) ที่อยู่ซ้อนกัน ตัวนักฟิสิกส์เองก็แยกตัวเป็นนักฟิสิกส์จำนวนมากนับอนันต์ที่ต่างก็ไม่ตระหนักในตัวของกันและกัน โดยมีค่าที่วัดได้แตกต่างกัน             มุมมองของ Everett ที่เป็น “Many Worlds” หรือ “Parallel Universe” นี้ ได้พยายามเสริมความไม่สมบูรณ์ของคำอธิบายของ Bohr แต่ก็ไม่สำเร็จ เพราะนักฟิสิก์ส่วนมากเชื่อว่ามัน เป็นการอธิบายแนว metaphysics ที่เหนือจริงเกินไป             ในเวลาต่อมา แนวความพยายามที่จะอธิบายประเด็นนี้ได้นำนักฟิสิกส์สู่ความรู้เรื่อง ความไม่อาพันธ์เชิงควอนตัม (quantum decoherence)             สำหรับ Schroedinger เอง ซึ่งเป็นผู้หนึ่งที่ให้กำเนิดวิชากลศาสตร์ควอนตัมก็ได้เสนอมุมมองเกี่ยวกับธรรมชาติของระบบควอนตัมที่ว่า ไม่สามารถระบุได้ชัดเจน (ว่ารองเท้าในกล่องเป็นข้างขวาหรือข้างซ้าย) โดยใช้เทคนิคในการคำนวณซึ่งครอบคลุมทั้งสองกรณีซึ่งเรียกว่า หลักการซ้อนทับ (superposition principle)             แต่ Schroedinger กลับใช้แมวแทนรองเท้า ซึ่งทำให้คนที่ไร้ประสบการณ์ในวิชาควอนตัม ตกอกตกใจมาก ที่พบว่า แมวของ Schroedinger เป็นแมวซอมบี้ คือเป็นทั้งแมวตายและแมวมีชีวิตในขณะเดียวกัน โดยในปี 1935 Schroedinger ได้สมมติว่า มีกล่องที่ปิดสนิทกล่องหนึ่ง ซึ่งภายในมีแมวตัวหนึ่ง หลอดยาพิษไซยาไนด์หลอดหนึ่ง ค้อน สารกัมมันตรังสี และเครื่องวัดกัมมันตรังสีซึ่งจะทำงานทันทีที่สารกัมมันตรังสีสลายตัว โดยจะบังคับค้อนให้ทุบหลอดแก้วจนแตก ซึ่งจะปล่อยก๊าซพิษออกมาฆ่าแมว             หลังจากที่เวลาผ่านไปพอสมควร นักฟิสิกส์ซึ่งรู้ว่าโอกาสที่สารกัมมันตรังสีจะสลายตัวมีค่า 50-50 นั่นหมายความว่าโอกาสที่แมวจะตาย และจะมีชีวิตมีค่า 50-50 เช่นกัน แมวจึงมีสภาพตายครึ่ง-เป็นครึ่ง (ซอมบี้) โดยไม่มีใครรู้ว่า มันตายหรือเป็นอย่างแน่ชัด จนกระทั่งเปิดฝากล่องออกดูแล้ว ก็จะเห็นว่า แมวมีชีวิตหรือไม่มีชีวิตอย่างชัดเจน             เนื้อหาของการทดลองนี้ที่ทำให้ผู้คนอึดอัดคือ ความจริง (เป็นหรือตาย) ถูกกำหนดโดยการสังเกต แต่ถ้าไม่มีการสังเกต ความจริงจะเป็นในลักษณะรวมๆ ว่า แมวตัวเดียวกันอยู่ในสภาพเป็นและตายพร้อมกัน ซึ่งเป็นไปไม่ได้ในชีวิตแมวจริงๆ             แต่ในระบบอะตอม ที่อะตอมสามารถมีได้หลายสถานะ (สถานะพื้นและสถานะกระตุ้นหลายระดับ) ในเวลาเดียวกัน ดังนั้นหลักการซ้อนทับของกลศาสตร์ควอนตัมจึงกำหนดว่าสถานะจริงของอะตอมประกอบด้วยผลรวมของสถานะต่างๆ เหล่านั้นทุกสถานะ ที่มา: http://www.manager.co.th/science/viewnews.aspx?NewsID=9560000091762

Read More

Ice core data supports ancient space impact idea

New data from Greenland ice cores suggest North America may have suffered a large cosmic impact about 12,900 years ago.

A layer of platinum is seen in ice of the same age as a known abrupt climate transition, US scientists report.

The climate flip has previously been linked to the demise of the North American "Clovis" people.

The data seem to back the idea that an impact tipped the climate into a colder phase, a point of current debate.

Rapid climate change occurred 12,900 years ago, and it is proposed that this is associated with the extinction of large mammals - such as the mammoth, widespread wildfires and rapid changes in atmospheric and ocean circulation.

All of these have previously been linked to a cosmic impact but the theory has been hotly disputed because there was a lack of clear evidence.

New platinum measurements were made on ice cores that allow conditions 13,000 years ago to be determined at a time resolution of better than five years, report Michail Petaev and colleagues from Harvard University. Their results are published in the journal Proceedings of the National Academy of Sciences.

A 100-fold spike in platinum concentration occurs in ice that is around 12,890 years old, at the same moment that rapid cooling of the climate is indicated from oxygen isotope measurements. This coincides with the start of a climatic period called the "Younger Dryas".

The Younger Dryas started and finished abruptly, and is one of a number of shorter periods of climate change that appear to have occurred since the last glacial maximum of 20,000 years ago.

Each end of the Younger Dryas period may have involved very rapid changes in temperature as the climate system reached a tipping point, with suggestions that dramatic changes in temperature occurred over as short as timescale as a decade or so.

Asteroid apocalypse?

The observations lend credence to earlier, disputed, reports that finds of microscopic grains of diamond and a mineral called lonsdaleite in lake sediments dated to the same time as a possible meteorite impact.

Those measurements resemble the most recent observations, reported last month, of remnants of the Tunguska meteorite impact in Siberia.

Sphere-shaped particles have also been identified in other sites' sediments, which also have been dated to this event.

While the platinum data and the spherical particles add to evidence for an impact event, doubters have pointed out that - as yet - no impact site has been identified.

It has been suggested that debris thrown into the atmosphere as a result of an impact triggered global cooling at a rate as rapid as the climate changes recorded in the past century.

Such rapid climate change makes it difficult for ecologies and societies to adjust.

It is the fluctuation that has been cited as the cause of the extinction of massive mammals like the mammoth, and native cultures such as the Clovis people in North America.

The possible role of cosmic impacts in causing huge changes to life on Earth is receiving increased attention.

The mass extinction 66 million years ago that wiped out the dinosaurs is generally believed to be linked to a space strike in southern Mexico's Yucatan Peninsula.

Recently, a group of scientists led by Eric Tohver at the University of Western Australia reported that the biggest extinction of all, which occurred 252.3 million years ago at the end of the Permian period, could be explained by an asteroid impact in Brazil.

Nasa is now focusing resources towards detection of future Earth-threatening asteroids.

The US space agency received more than 400 responses to their recent request for ideas to feed into their Asteroid Grand Challenge, which includes plans to redirect a space rock and send humans to study it.

source:

1.http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-23536567

Read More

กฎของนิวตัน (Newton's laws) ตอนที่ 1

กฏของนิวตัน หรือถ้าเรียกให้ถูกต้องครบถ้วนกระบวนความจะต้องเรียกว่า "กฏการเคลื่อนที่ของนิวตัน" แปลมาจาก (Newton's laws of motion) นะครับ : D ใจความสำคัญของกฏที่เกิดจากผลไม้อย่าง "แอปเปิ้ล" มีอยู่ 3 ข้อด้วยกัน (หลายๆ ที่คงรู้นะครับ ว่าท่าน นิวตัน เขาคิดกฏได้หลังจากแอปเปิ้ลหล่นใส่หัว) โดยแค่ 3 ข้อนี่แหละครับ สร้างปัญหามากมายให้นักเรียนรุ่นหลัง ฮ่าๆ… ความจริงแล้วด้วยกฏ 3 ข้อนี่แหละครับทำให้เกิดประโยชน์ต่อมาอย่างมากมายมหาศาล ดังที่หลายๆ คนคงเคยได้ใช้ในวิชากลศาสตร์ (Mechanics) และอื่นๆ อีกมากมาย

โดยเนื้อหา และรายละเอียดของกฏถูกตีพิมพ์ใน Principia Mathematica โดย ท่าน Issac Newton นั่นเอง เพื่อไม่เป็นการเสียเวลา เรามาจัดกันเลยดีกว่า


กฏนิวตันมี 3 ข้อ คือ

1. วัตถุจะหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วคงที่ ถ้าผลรวมของแรงที่กระทำต่อวัตถุเป็น "0" : ( ΣF = 0 )

2. กรณีผลรวมแรงไม่เท่ากับ 0 วัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งซึ่งแปรผันตรงกับแรง และผกผันกับมวล : ( ΣF/m = a หรือ ΣF = ma )

3. ทุกแรงกิริยาจะมีแรงปฏิกิริยาที่ขนาดเท่ากัน แต่ทิศทางตรงข้ามกัน บนคนละวัตถุกัน : ( Action Force = Reaction Force)


จริงๆ แล้วกฏโดยสรุปมันก็มีแค่ 3 ประการเท่านั้นครับ แต่เราจะมาขยายความกันเพิ่มเติม ด้วยประเด็นที่หลายๆ คนชอบสับสนหรือนำมันมามั่วรวมกันนั่นเอง

ข้อควรระวัง กฏข้อ 1, 2 และ 3 มันแยกออกจากกัน

ลองดูครับว่าเข้าใจกันจริงๆ รึเปล่า? คือถ้าคนที่เข้าใจอยู่แล้วจะเห็นว่ามันต๊อง + คำถามแบบนี้เอ็งถามทำไม? แต่ถ้ายังสับสนอยู่มันก็จะวุ่นวายทีเดียว


คำถาม 1

กล่องมวล 10 kg มีนาย ก ผลักกล่องด้วยแรง 10 N และนาย ข ผลิกกล่องด้วยแรง 10 N เช่นกันในทิศทางตรงข้ามกัน ถามว่า Reaction Force ที่นาย ก = ? และวัตถุเคลื่อนที่ หรือไม่?
ตอบ
อันแรกแทบไม่ต้องคิด Reaction Force ที่นาย ก เท่ากับ 10N ส่วนวัตถุเคลื่อนที่หรือไม่ตอบไม่ได้ เพราะไม่ทราบ Initial Condition ว่าเดิมหยุดนิ่ง หรือ เคลื่อนที่ : D สรุปว่าจะตอบเรื่องนี้ใช้กฏข้อที่ 1 และ 3


คำถาม 2

กล่องมวล 10 kg มีนาย ก ผลักกล่องด้วยแรง 10 N เหลือคนเดียว ถามว่า Reaction Force ที่นาย ก = ? และวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง = ?
ตอบ
คงต้องตอบอันหลังเพราะง่ายดี ด้วยกฏข้อที่ 2 ตอบได้เลยว่า ΣF = ma แทนค่า แก้สมการ a = 1 m/s2 คือความเร่งนั่นเอง ปัญหากลับมาที่ Reaction คิดดีๆ ครับว่าตอบว่าอไรดี…. เพื่อไม่ให้เสียเวลาตอบเลยละกันครับ ด้วยกฏข้อที่ 3 แรง Reaction ต้องเท่ากับ 10 N นั่นเอง ถึงแม้ว่าวัตถุจะเคลื่อนที่ก็ตาม อย่างที่บอกไว้แต่ตอนแรกครับ ว่ากฏข้อ 1,2 และ 3 มันแยกออกจากกัน : p


วันนี้เราจบเรื่องกฏของนิวตันไว้ที่พื้นฐานของกฎละกันครับ บทความเรื่องกฏนิวตันตอนต่อไปจะเป็นตัวอย่างการประยุกต์ใช้ และชี้ให้เห็นถึงประโยชน์อื่นๆ สำหรับวันนี้ไปก่อนนะครับ ^ ^

Read More