ฟิสิกส์ราชมงคล

index 161

 

จดีย์ทราย สองเรา และฮิกส์โบซอน

ฟิสิกส์ที่อยู่ในเม็ดทรายที่ร่วงลงบนยอดเจดีย์ทราย หารู้ไม่ว่า ทุกเม็ดที่ร่วงลงไปนั้น มีคําตอบสําหรับความลับของการกําเนิดจักรวาลซ่อนอยู่

ผู้เขียน: ดร. ศุภกร รักใหม่

การทําลายซิมเมตทรี

    ครั้งนึง ครั้งนึงยังจําได้ไหม สองเราเคยเที่ยวงานวัดบ้านใต้ ร่วมงานปิดทององค์พระมาลัย ก่อพระเจดีย์ทรายร่วมกัน..."

     ได้ยินเพลงนี้ เด็กสมัยนี้อาจจะงงว่างานวัดคืออะไร แต่หลายคนอาจจะนั่งยิ้ม นึกถึงภาพบรรยากาศในอดีต รถไต่ถังเอย ชิงช้าสวรรค์เอย ยิงเป้าปืนลม เสียงตุ๊กตาลิงตีฉาบ โดยเฉพาะเมียงู แล้วก็อาจตามมาด้วยเสียงถอนใจ เมื่อนึกขึ้นได้ว่ามันเป็นภาพของวัยหนุ่มสาว และคนที่นึกภาพได้คือแก่แล้ว แต่เนื่องจากไม่ได้แก่มาก ผมจึงถอนใจเพียงสั้นๆ


     จากนั้นภาพของเราสองคนนั่งก่อเจดีย์ทรายก็ผุดขึ้นมาในความทรงจํา ทรายเม็ดเล็กๆ ถูกปล่อยลงไปช้าๆ ช้าที่สุดเท่าที่จะช้าได้ ด้วยสิ่งที่ต้องการไม่ใช่เพียงเจดีย์ทราย แต่เป็นกลิ่นหอมรัญจวน และดวงหน้าใสๆ ของคนที่นั่งอยู่ตรงข้าม ยิ่งเม็ดทรายหล่นร่วงจากมือ ดวงหน้าสวยนั้นก็ยิ่งชัดขึ้นเรื่อยๆ กว่าเม็ดทรายจะร่วงหมดกํามือ เธอก็นั่งก้มหน้าอยู่ข้างๆ แล้ว กลิ่นหอมนั้นหอมเสียจนรู้สึกเหมือนถ้าเพียงยื่นหน้าไปอีกนิด จมูกก็จะได้สัมผัสแหล่งกําเนิดของกลิ่น....

    แต่ก่อนที่จะเลยเถิดไปกว่านั้น เราก็วกมาเข้าเรื่องฟิสิกส์ ฟิสิกส์ที่พูดถึงนี้อยู่ในเม็ดทรายที่ร่วงลงบนยอดเจดีย์ทรายนั่นเอง ซึ่งตอนนั้นผมไม่ค่อยได้สังเกต เพราะสายตามัวไปจับอยู่ที่คนข้างๆ เสียเป็นส่วนใหญ่ หารู้ไม่ว่า ทุกเม็ดที่ร่วงลงไปนั้น มีคําตอบสําหรับความลับของการกําเนิดจักรวาลซ่อนอยู่

     เรื่องมันมีอยู่ว่า เย็นวันหนึ่งหลายปีก่อน ผมบังเอิญเข้าไปฟังบรรยาย จากโปรเฟสเซอร์ท่านหนึ่ง ซึ่งผมจําทั้งชื่อคนพูดและชื่อเรื่องไม่ได้เสียแล้ว จําได้แต่เพียงว่ามันเกี่ยวกับเรื่องของ การทําลายซิมเมตทรี (symmetry breaking ผมไม่ทราบว่ามีการบัญญัติศัพท์ภาษาไทยของคําว่า symmetry แล้วหรือไม่ ที่ใกล้เคียงที่สุดที่ผมนึกออกคือคําว่า สมมาตร แต่ดูความหมายอาจจะแคบไป จึงขอเขียนภาษาไทยทับศัพท์ ) มันออกจะยุ่งยากที่จะอธิบายว่าการทําลายซิมเมตทรีหรือเจ้าตัวซิมเมตทรีเองคืออะไร ซึ่งก็เหมือนกับในห้องบรรยายวันนั้น โปรเฟสเซอร์ก็ดูเหมือนต้องใช้ความพยายามมหาศาล ในการอธิบายให้ผู้ฟังซึ่งส่วนใหญ่ไม่ใช่นักฟิสิกส์ได้เข้าใจ ผมซึ่งตากําลังเริ่มหรี่ เนื่องจากก่อนมาเพิ่งอุ่นเครื่องในโรงเตี๊ยมฝรั่งใกล้ๆ ก็สะดุ้งขึ้นเหมือนถูกโยนเข้าสู่กองไฟแห่งอดีต เมื่อโปรเฟสเซอร์ ถามขึ้นมาว่า มีใครเคยเล่นก่อกองทรายบ้าง ผมเกือบตะโกนออกไปว่า เยส...ไอ ดู (ซึ่งผิดแกรมมา) แต่ยั้งไว้ทัน หลังจากมีคนตอบเยส ท่านโปรเฟสเซอร์จึงอธิบายต่อว่า ลองนึกภาพ สมมติว่าคุณสามารถก่อกองทรายจนมียอดแหลมเปี๊ยบ จากนั้นคุณวางเม็ดทรายอีกเม็ดลงไปบนยอดนั้น ถามว่าเม็ดทรายบนยอดนั้นจะกลิ้งลงทางด้านไหน คราวนี้เงียบ โปรเฟสเซอร์ยิ้มแล้วเฉลย แน่นอนมันมีอิสระที่จะตกลงไปด้านไหนก็ได้ และก็นั่นล่ะที่เราเรียกว่าซิมเมตทรี ตราบใดที่มันยังไม่ตกลงไปทางด้านใดด้านหนึ่ง มันยังมีซิมเมตทรี แต่เมื่อใดที่มันเริ่มตกลงไปทางด้านใดด้านหนึ่ง ซิมเมตทรีมันถูกทําลาย หลังจากพูดจบโปรเฟสเซอร์ยังยิ้มค้างอยู่ แต่หุบลงเมื่อกวาดสายตาไปรอบๆ ห้องและเจอแววตาบ้องแบ๊วของผู้ฟัง จากนั้นก็พูดต่อ โอเค เอาตัวอย่างอื่น ลองนึกภาพตะเกียบสองอัน ล่องลอยอยู่ในอวกาศ แต่ละอันก็มีอิสระที่จะเคลื่อนที่ ล่องลอยยังไงก็ได้ เป็นอิสระต่อกัน มันมีซิมเมตทรี แต่เมื่อไหร่ที่เราเอาหนังสติ๊กมาผูกตะเกียบทั้งสองอันติดกัน คราวนี้มันต้องเคลื่อนที่ไปด้วยกัน ตะเกียบทั้งสองอันต้องขนานกันอยู่เสมอ มันไม่ล่องลอยเป็นอิสระเหมือนเดิมอีกแล้ว ซิมเมตทรีมันถูกทําลาย โปรเฟสเซอร์ทําท่าเหมือนจะยิ้มอีก แต่ยั้งไว้เมื่อเห็นแววตาผู้ฟังยังไม่เปลี่ยน

1115


     หลายปีต่อมา ทุกครั้งที่ผมเดินเข้าไปนั่งร้านก๋วยเตี๋ยว ก็มักต้องหยิบตะเกียบขึ้นมาเล่นแล้วก็นึกภาพตะเกียบของโปรเฟสเซอร์ที่ลอยเคว้งอยู่ในอวกาศ จนหลายครั้งเกือบเผลอสั่งซิมเมตทรีแห้งไม่งอกชามนึง ความจริงแล้วเจ้าตัวซิมเมตทรีนั้นมีความหมายที่กว้าง และมีอยู่มากมาย ตัวที่เกี่ยวกับตะเกียบของโปรเฟสเซอร์นั้นออกจะเป็นนามธรรมไปนิด แต่ก็ยังมีซิมเมตรทรีอื่นๆ ที่เราคุ้นเคย เช่นซิมเมตทรีที่เกี่ยวกับการสมมาตรของรูปทรง เช่นรูปทรงที่เมื่อแบ่งครึ่งแล้วส่วนทางซ้ายกับทางขวาเหมือนกันเด๊ะ เราก็เรียกว่ามี ซิมเมตทรีซ้ายขวา (left-right symmetry) เช่นเราอาจประมาณได้ว่าร่างกายมนุษย์นั้นมีซิมเมตทรีซ้ายขวา แต่ไม่มีซิมเมตทรีบนล่าง หรือหน้าหลัง (โปรเฟสเซอร์แกบอกว่าตรงจุดนี้ก็น่าสนใจ หากลองคิดดูจะเห็นว่า ปลาซึ่งอยู่ในนํ้าและมีอิสระในการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งมากกว่าสัตว์บก จะมีแนวโน้มที่จะมีสมมาตรบนล่างมากกว่าสัตว์บก หรือต้นไม้ซึ่งไม่เคลื่อนที่เลยก็จะมีแนวโน้มที่จะมีสมมาตรรอบทิศทาง ยกเว้นบนล่าง) หรือปริมาณทางฟิสิกส์ที่ไม่เปลี่ยนแปลงเมือเราหมุนกรอบอ้างอิงไปรอบๆ เราก็เรียกว่ามันมีซิมเมตทรีของการหมุน (rotational symmetry) ตกลงผมว่าหยาบๆ แล้วเราน่าจะพูดได้ว่า ซิมเมตทรีก็คือสิ่งที่บอกว่าบางสิ่งไม่แตกต่าง หรือยังคงเดิม เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงบางอย่าง เปล่า ผมไม่ได้พูดถึงความรัก แต่ซิมเมตทรีที่เราจะพูดถึงนี้ เป็นซิมเมตทรีที่เก่าแก่ที่สุดในจักรวาล เราอาจพูดได้ว่า ความจริงแล้ว จักรวาลนี้เป็นซากของซิมเมตทรี

1114


      ตอนนี้เราก็มาเข้าเรื่องกันเลย ก็ต้องหวนกลับไปหาโปรเฟสเซอร์อีกนั่นแหละ ความจริงแล้วที่แกยกเรื่องก่อกองทราย หรือเรื่องตะเกียบที่ลอยเคว้งในอวกาศขึ้นมา ก็เพราะแกจะยกตัวอย่างเปรียบเทียบ เพื่อชี้ให้เห็นความสําคัญของการทําลายซิมเมตทรี ถามว่า เกิดอะไรขึ้นเมื่อมีการทําลายซิมเมตทรี เมื่อเม็ดทรายยังอยู่บนยอดของกองทรายก็ไม่มีอะไรเกิดขึ้น แต่เมื่อไหร่ซิมเมตทรีถูกทําลายและมันกลิ้งลงมาในทางใดทางหนึ่ง สิ่งที่เราเห็นคือปรากฏการณ์ของแรงโน้มถ่วง หรือขณะที่ตะเกียบทั้งสองอันยังลอยเคว้งเป็นอิสระ ก็ไม่มีอะไรเกิดขึ้น แต่เมื่อมันถูกมัดติดกัน เราเห็นแรงจากหนังสติ๊กที่มัดตะเกียบไว้ พร้อมๆ กับการที่ซิมเมตทรีถูกทําลาย หรือเอาที่ใกล้ตัวกว่านั้น ลองพิจารณาเรื่องซิมเมตทรีเกี่ยวกับสมมาตรของรูปทรง ถามว่าทําไมปลาซึ่งอยู่ในนํ้าจึงมีแนวโน้มที่จะมีซิมเมตทรีบนล่างมากกว่าสัตว์บก คําตอบก็คือแรงโน้มถ่วงนั้นส่งผลต่อสัตว์บกมากกว่าสัตว์นํ้า สัตว์บกจึงมีซิมเมตทรีบนล่างน้อยกว่า หรือการที่มนุษย์มักจะเคลื่อนที่ไปด้านหน้าทําให้เกิดแรงในแนวหน้าหลังอยู่เสมอ มนุษย์จึงไม่มีซิมเมตทรีหน้าหลัง ในขณะที่ต้นไม้ซึ่งไม่เคลื่อนที่นั้นมีแนวโน้มที่จะมีซิมเมตทรีรอบทิศทาง หากลองพิจารณาตัวอย่างเหล่านั้นให้ดี จะเห็นว่ามีคําสองคําที่ไปด้วยกันเสมอ คือ การทําลายซิมเมตทรี และ แรง ท่านโปรเฟสเซอร์ยิ้มกว้างกว่าเดิม แล้วถามว่า สองคํานี้เกี่ยวข้องกันยังไง ไม่มีใครตอบ แต่คราวนี้โปรเฟสเซอร์ไม่หุบยิ้ม แต่เดินตรงมาหาผู้ฟัง (ถึงผมจะนั่งอยู่แถวหลัง แต่ก็งอตัวลงตํ่าโดยอัตโนมัติ ด้วยสัญชาติญาณที่สร้างมาตั้งแต่สมัยมัธยม) โชคดีที่มีอาสาสมัครแถวหน้าพูดขึ้นมา "แรงเป็นตัวทําลายซิมเมตทรี" โปรเฟสเซอร์ยิ้มกว้างกว่าเดิม แต่ผมก็ไม่ทันหายโล่งอกเมื่อแกถามต่อว่า มีใครคิดอย่างอื่นอีกมั้ย พร้อมกับกวาดตาไปรอบห้อง คนที่นั่งติดกันกับคนตอบคนแรกก็ตะโกนขึ้นมา "การทําลายซิมเมตทรีทําให้เกิดแรง" โปรเฟสเซอร์ก็โพล่งขึ้นมาว่า เวรี่ เวรี่ กูดดดดดดดดด ยาวเฟื้อยจนแกเดินกลับไปถึงหน้าห้อง เขียนคําตอบทั้งสองลงบนกระดาน แล้วหันมาหุบยิ้ม พูดหน้าเหี้ยม "แล้วเป็นไปได้หรือเปล่าว่า แรงกับการทําลายซิมเมตทรีเป็นสิ่งดียวกัน" หลังจากปล่อยให้ผู้ฟังซึมซาบประโยคนั้นอยู่พักใหญ่ โปรเฟสเซอร์ก็โพล่งขึ้นมาว่า โซ เวาะ (so what ? สําเนียงอังกฤษ) แล้วไง มันน่าตื่นเต้นตรงไหน

....คุณจะเห็นความสําคัญของประโยคนั้นหากคุณจําได้ว่าในกลศาสตร์ควอนตัมนั้น แรงคือการแลกเปลี่ยนอนุภาค เมื่อมีการทําลายซิมเมตทรีแล้วมีแรง นั่นคือทําลายซิมเมตทรีกําเนิดอนุภาค และอนุภาคนั้นประกอบกันเป็นจักรวาล....

เดอะ ฮิกส์

     การบรรยายจบลงแค่นั้น (คือผมจําได้แค่นั้น) ผมเดินออกจากห้องบรรยายด้วยความรู้สึกแปลกๆ แต่ไม่แน่ใจว่าเป็นเพราะสิ่งที่ได้ฟัง หรือเพราะยังมึนเบียร์ค้างอยู่ แล้วผมก็ต้องแปลกใจ เมื่อตื่นเช้าขึ้นมาด้วยความสดชื่น แต่ความรู้สึกนั้นก็ยังอยู่ มันเป็นความรู้สึกที่ขัดๆ สิ่งที่โปรเฟสเซอร์พูดนั้นฟังดูน่าทึ่ง แต่พอผมพยามคิดให้เห็นภาพ ภาพเดียวที่เห็นก็คือตะเกียบโปรเฟสเซอร์ลอยเคว้งอยู่ท่ามกลางหมู่ดาวพริบพรายอยู่เป็นฉากหลัง มีเพลงคลาสสิกคลอเบาๆ คล้ายๆ ภาพยานอวกาศในเรื่อง 2001 Space Odyssy. การทําลายซิมเมตทรีมันสร้างอนุภาคได้ยังไง อนุภาคอะไร มันเกิดมาจากไหน


     ผมชอบฟิสิกส์มาตั้งแต่เด็กๆ และถึงขั้นหลงใหลเมื่อมาเจอกับกลศาสตร์ควอนตัม มันช่างน่าทึ่งที่สิ่งที่แสนจะเป็นนามธรรม สามารถอธิบายรูปธรรมที่เรามองเห็นแสนจะชัดเจนอยู่ตรงหน้า แต่บางทีนั่นก็เป็นปัญหา มนุษย์เราอาศัยอยู่ในโลกของรูปธรรม เราดําเนินชีวิตอยู่ด้วยประสาทสัมผัสอันมีขีดจํากัด และค่อนข้างจะด้อยประสิทธิภาพด้วยซํ้า เรามักจะมีปัญหาในการทําความเข้าใจสิ่งที่ไม่อาจมองเห็น หรือไม่อาจสร้างเป็นภาพขึ้นในใจได้ ฟิสิกส์หลายอย่างจึงจําเป็นต้องทําความเข้าใจด้วยสัมผัสที่หกอันทรงประสิทธิภาพ ที่เราเรียกว่าคณิตศาสตร์ เรื่องที่ท่านโปรเฟสเซอร์พูดวันนั้นก็เหมือนกัน ความจริงแล้วทั้งตะเกียบ กองทราย และอะไรทั้งหมดที่แกพยายามอธิบายในวันนั้น บรรจุอยู่ในสมการคณิตศาสตร์เพียงไม่กี่สมการ และก็เหมือนกับที่เด็กวัยรุ่นแถวสยามคุยกันเรื่องดาราด้วยภาษาแปลกๆ ที่เข้าใจยาก นักฟิสิกส์ก็สามารถคุยกันอย่างเป็นคุ้งเป็นแควเรื่องซิมเมตทรีทั้งหลาย ด้วยภาษาทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่า Group Theory แต่ก็อีกนั่นแหละ เราก็เป็นมนุษย์ปุถุชน ซึ่งส่วนใหญ่มักจะเป็นโรคภูมิแพ้สมการ เห็นอักษรกรีกที่มีตัวห้อยตัวยกมากๆ เข้าก็เวียนหัว จึงต้องดิ้นรนทําความเข้าใจมันด้วยภาษามนุษย์ธรรมดานี่แหละ


1116


     ผมมาค้นพบว่าการที่โปรเฟสเซอร์พยายามก่อกองทรายและขว้างตะเกียบในวันนั้น ไม่ใช่เพราะแกชอบเที่ยวงานวัดหรือชอบกินก๋วยเตี๋ยว แต่ความจริงแล้ว แกเพียงพยายามเปรียบเทียบ เพื่อจะอธิบายกระบวนการที่นักฟิสิกส์เรียกว่า สปอนเทเนียส ซิมเมตทรี เบรกกิง (Spontaneous Symmetry Breaking) และมันเกี่ยวข้องกับเจ้าอนุภาคตัวหนึ่ง ซึ่งอาจพูดได้ว่าเป็นสุดยอดอนุภาคในยุทธภพขณะนี้ มันมีชื่อว่า ฮิกส์ โบซอน (Higgs boson) หรือ อนุภาคฮิกส์ (Higgs particle) หรือสั้นๆ เท่ห์ๆ ว่า เดอะ ฮิกส์ (The Higgs)


    หากถามว่าอนุภาคฮิกส์คืออะไร นักฟิสิกส์บางคนอาจตอบหน้าตาเฉยว่า คืออนุภาคซึ่งสัมพันธ์กับสนามฮิกส์ มีสปินเป็นศูนย์ และไม่มีเลขควอนตัม (quantum number) อื่นๆ หากถามต่อว่าแล้วสนามฮิกส์ (Higgs field) คืออะไร หมอนั่นก็อาจตอบหน้าตาเฉยเหมือนเดิมว่า คือ สนามสเกลลา (scalar field) ซึ่งสัมพันธ์กับอนุภาคฮิกส์ คุณอาจจะคิดว่าหมอนั่นตอบกวนโอ๊ย แต่ความจริงแล้วมันเป็นคําตอบที่ถูก ปัญหาก็คือไอ้เจ้า สนาม ที่หมอนั่นพูดถึงนั้น เป็นสิ่งที่เรามองไม่เห็นและนึกภาพไม่ออก ตามทฤษฎีสนามควอนตัม (Quantum Field Theory) นั้นจักรวาลประกอบด้วยสองสิ่ง คือ อนุภาค (particles) และ สนาม (fields) เราคุ้นเคยกับเจ้าตัวอนุภาค เนื่องจากเป็นสิ่งเรามองเห็น (หมายถึงเราตรวจจับมันได้) แต่เจ้าตัวสนามนั้นออกจะเป็นนามธรรมที่ต้องจินตนาการสักเล็กน้อย พูดคร่าวๆ คือ สนามคืออะไรบางอย่างที่มีค่าในแต่ละจุดสัมพันธ์กับพลังงานที่สะสมอยู่ที่จุดนั้น ภาพที่น่าจะใกล้เคียงที่สุดคือการนึกภาพของนํ้าในสระ เมื่อผิวนํ้าถูกรบกวนก็จะเกิดพริ้วคลื่น ซึ่งก็คือการปรากฎตัวของพลังงานให้เรามองเห็น เจ้าสนาม หรือ fields ในทฤษฎีควอนตัมก็อาจเปรียบเทียบได้กับผิวนํ้านั่นเอง สนามแต่ละชนิดจะมีอนุภาคที่สัมพันธ์กับมัน ซึ่งก็คือ ก้อน (quantum) ของพลังงานที่สะสมอยู่ สนามที่เราคุ้นเคยก็ เช่น สนามแม่เหล็กไฟฟ้า และอนุภาคที่สัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าก็คืออนุภาคโฟตอน (หรือที่เราเรียกว่าแสง) เจ้าสนามและอนุภาคที่เป็นคู่ของมันนี้คือต้นตอของ แรง (forces) ทั้งหลายในจักรวาล เช่นแรงทางแม่เหล็กไฟฟ้า (ที่ทําให้อนุภาคที่ประจุเหมือนกันผลักกัน และประจุตรงกันข้ามดึงดูดกัน) ก็คือการที่อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า เช่นอิเล็กตรอน เกิด อันตรกิริยา ซึ่งคือการแลกเปลี่ยนอนุภาคโฟตอน กับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (อันตรกิริยา หรือ interaction เป็นศัพท์ทางฟิสิกส์ที่มีความหมายทํานองเดียวกับการทํา ปฏิกิริยา ในวิชาเคมี )

1117


     คราวนี้เราหวนกลับมาที่เจ้าสนามฮิกส์ และอนุภาคฮิกส์ หากอิเล็กตรอนทําอันตรกิริยากับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแล้วเกิดแรงทางแม่เหล็กไฟฟ้า ถามว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่ออนุภาคบางชนิดทําอันตรกิริยากับสนามฮิกส์ คําตอบที่น่าตะลึงตึงๆ ก็คือ เมื่ออนุภาคใดๆ ก็ตาม ทําอันตรกิริยากับสนามฮิกส์ เกิดมวลสาร !! ทฤษฎีมีอยู่ว่าสนามฮิกส์นั้นมีอยู่ทุกหนทุกแห่งในจักรวาลนี้ รวมทั้งในอวกาศว่างเปล่า และมวลของอนุภาคทั้งหลายแหล่ เกิดจากการที่อนุภาคเหล่านั้นทําอันตรกิริยากับสนามฮิกส์ อนุภาคจะมีมวลมากหรือน้อยก็ขึ้นอยู่กับอันตรกิริยานั้นแรงขนาดไหน

กําเนิดแห่งมวลสาร

     หากถามว่าเมื่ออนุภาคเกิดอันตรกิริยากับสนามฮิกส์ เกิดมวลสารได้อย่างไร นักฟิสิกส์คนเดิมก็อาจจะตอบหน้าตาเฉยแบบกวนโอ๊ยเหมือนเดิม คราวนี้เราเลยเปลี่ยนไปถามนักฟิสิกส์คนอื่น คือ โปรเฟสเซอร์ เดวิด มิลเลอร์ (Prof. David Miller) ของ University Colledge มหาวิทยาลัยลอนดอน คําอธิบายข้างล่างดัดแปลงมาจากบทความของท่านที่ชนะการประกวดในปี ค.ศ. 1993 ซึ่งรัฐมนตรีวิทยาศาสตร์ของอังกฤษท้าให้ใครก็ได้ตอบคําถามด้วยความยาวไม่เกินหนึ่งหน้ากระดาษว่า"ฮิกส์โบซอนคืออะไร และทําไมเราต้องไปค้นหามัน" ส่วนรูปประกอบเป็นของ CERN (ได้รับอนุญาติแล้ว ผู้เขียนขอขอบคุณมา ณ ที่นี้ )


     เราเรียกกระบวนการที่อนุภาคทําอันตรกิริยากับสนามฮิกส์และเกิดมวลว่า กลไกฮิกส์ /(Higgs Mechanism) ในทางฟิสิกส์นั้น กลไกฮิกส์เป็นสิ่งที่ค่อนข้างจะซับซ้อน แต่เราสามารถเข้าใจมันได้อย่างง่ายดายด้่วยการอธิบายทางการเมือง

    นึกภาพงานเลี้ยงของพรรคการเมืองพรรคหนึ่ง ในห้องสูตรหรูของโรงแรม มีสมาชิกพรรคการเมืองยืนกันอยู่เต็มห้องในระยะห่างเท่าๆ กัน และต่างคนต่างคุยกับคนข้างๆ (ภาพที่ 1 )

1118


ภาพที่ 1


    ทันใดนั้นหัวหน้าพรรคก็เดินเข้าประตูมา (รูปที่ 2) แต่ละจุดที่หัวหน้าพรรคเดินผ่าน สมาชิกที่ยืนอยู่รอบๆ ก็เข้ามาทักทายประจบลูบหน้าลูบหลัง (รูปที่ 3) เมื่อหัวหน้าพรรคเดินผ่านแต่ละจุด สมาชิกรอบๆ ก็กลับไปยืนที่เดิม การถูกกลุ้มรุมลูบหน้าลูบหลังในแต่ละจุดทําให้หัวหน้าพรรคเดินผ่านห้องได้ลําบากขึ้น ซึ่งมีค่าเท่ากับการมีมวลมากขึ้นกว่าเดิม เช่นเดียวกับอนุภาคที่เคลื่อนที่ผ่านสนามฮิกส์และเกิดมวลนั่นเอง

1119


ภาพที่ 2


1120


ภาพที่ 3


     แล้วอนุภาคฮิกส์เองเกิดขึ้นได้อย่างไร สมมติว่าถึงเวลาเริ่มงานแล้ว หัวหน้าพรรคก็ยังไม่มา แต่เกิดข่าวลือว่าหัวหน้าพรรคป่วยอย่างกระทันหัน (เนื่องจากหุ้นเป็นพิษ) สมาชิกพรรคที่ใกล้ประตูที่สุดได้ยินข่าวลือก่อน (รูปที่ 4) แล้วหันมาบอกคนถัดไป คนที่อยู่รอบๆ ก็รุมล้อมเข้ามาฟัง (รูปที่ 5) ฟังเสร็จก็กลับไปบอกคนข้างๆ ต่อ เกิดการสุมหัวกันถัดไปเรื่อยๆ สมาชิกในห้องที่สุมหัวกันเองก็ย่อมทําให้เกิดมวลเช่นกัน มวลที่เกิดขึ้นก็คืออนุภาคฮิกส์นั่นเอง
 

1121


ภาพที่ 4

1122

ภาพที่ 5

การรวมแรงพื้นฐาน

     การพยายามค้นหาอนุภาคฮิกส์ก็เพื่อพิสูจน์ว่ากลไกฮิกส์มีอยู่จริง ความสําคัญของมันนั้นคือการยืนยันทฤษฎีการรวมแรงพื้นฐาน (fundamental forces) สองในสี่แรงเข้าด้วยกัน คือการรวมแรงแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic force) เข้ากับแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน (Weak force คือแรงที่ทําให้เกิดการแผ่รังสีของสารกัมมันตรังสี เช่น ทําให้เกิดการแผ่รังสีของสารโคบอลต์-60) เราเรียกทฤษฎีนี้ว่า Electroweak Unification Theory ซึ่งกล่าวไว้ว่า แรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนความจริงแล้วเป็นแรงเดียวกัน แต่แยกออกเป็นสองแรงในระยะเริ่มต้นของการเกิดจักรวาล แต่เนื่องจากเรารู้ว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้านั้นสื่อโดยอนุภาคโฟตอน ซึ่งไม่มีมวล แต่แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนสื่อโดยอนุภาค สามชนิด ที่ชื่อว่า W+ W- และ Z0 ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีมวลมาก ปัญหาก็คือ หาก Electroweak Unification Theory ถูกต้อง อนุภาคทั้งสี่ คือ โฟตอน W+ W- และ Z0 ต้องเป็นอนุภาคชนิดเดียวกัน แล้วเหตุใดมวลจึงแตกต่างกันมหาศาล กลไกฮิกส์ก็คือคําตอบของปัญหานี้ นั่นคือเมื่อเริ่มต้นนั้นอนุภาคเหล่านั้นล้วนไม่มีมวลเหมือนกัน (ใช่แล้ว มันมีซิมเมตทรี) แต่อนุภาคเหล่านั้นทําอันตรกิริยากับสนามฮิกส์ต่างกัน เกิดมวลที่ต่างกัน นั่นคือการทําลายซิมเมตทรีโดยกลไกฮิกส์ และนั่นก็คือกระบวนการที่นักฟิสิกส์เรียกว่า สปอนเทเนียส ซิมเมตทรี เบรกกิง (Sponteneous Symmetry Breaking) และจากนั้นมาแรงทั้งสองก็แยกออกจากกัน

1123


     ขณะนี้กําลังมีการก่อสร้างเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่มาก ที่มีชื่อเรียกว่า Large Hadron Collider (LHC) ที่ศูนย์วิจัยทางฟิสิกส์อนุภาคของยุโรป (CERN) ชานกรุงเจนีวา ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ ซึ่งจะใช้ในการเร่งอนุภาคให้มีพลังงานสูงมากๆ แล้วนํามาชนกัน เพื่อสร้างสภาวะที่อุณหภูมิและความหนาแน่นพลังงานสูงมากๆ จุดมุ่งหวังก็เพื่อจําลองเหตุการณ์ช่วงต้นๆ ของจักรวาลในขณะที่แรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนเพิ่งเริ่มแยกตัวออกจากกัน ในห้วงขณะนั้น อนุภาค W+ W- และ Z0 เริ่มมีมวลโดยการดูดกลืนอนุภาคฮิกส์ แต่อนุภาคโฟตอนยังคงไม่มีมวล นั่นคือควรจะมีอนุภาคฮิกส์ที่ไม่ถูกดูดกลืนเหลืออยู่ (กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือ อนุภาคโฟตอนทําให้เกิดเพียง ข่าวลือ เหมือนในรูปที่ 4 ข้างบน) นักฟิสิกส์จึงคาดหวังว่าจะมีอนุภาคฮิกส์อิสระปรากฎให้เห็น

จักรวาล และการทําลายซิมเมตทรี

     ความจริงแล้วไม่ใช่เพียงแรงทั้งสองนี้เท่านั้น แต่เมื่อเริ่มกําเนิดจักรวาลนั้น แรงทั้งหมดล้วนรวมเป็นหนึ่ง แต่ถามว่าเกิดอะไรขึ้นในช่วงเริ่มต้นของจักรวาล เหตุใดแรงจึงแยกออก ทฤษฎีบอกว่าความจริงแล้วในตอนนั้น เมื่อจักรวาลยังแบเบาะ ร้อนระอุ เรียบง่าย และไร้เดียงสา มีสิ่งหนึ่งยังคงอยู่ และทําให้ทุกสิ่งทุกอย่าง ล้วนบริสุทธิปราศจากมลทิน (หมายถึงไม่มีมวล) เหมือนๆ กัน แต่แล้วในการขยายตัวของจักรวาล สิ่งนั้นก็ถูกทําลาย แล้วจักรวาลก็เริ่มเปลี่ยนแปลง สิ่งนั้นถูกทําลายครั้งแล้วครั้งเล่า จักรวาลก็ยิ่งแปรเปลี่ยน ซับซ้อน จนวุ่นวายยุ่งเหยิง แต่ก็งดงาม อยู่ในปัจจุบัน แต่อะไรกันที่ถูกทําลาย และก่อให้เกิดทุกสิ่งทุกอย่างที่เห็นและเป็นอยู่

     ครับ แล้วตะเกียบของโปรเฟสเซอร์ก็ลอยเคว้งผ่านหัวผมไป จากนั้นกลิ่นหอมรัญจวนอันคุ้นเคยก็โชยมา ผมหลับตา แล้วภาพของสองเรานั่งก่อเจดีย์ทรายก็ชัดเจนขึ้นอีกครั้ง เธอนั่งก้มหน้าอยู่ข้างๆ กลิ่นหอมนั้นหอมเสียจนรู้สึกเหมือนกับว่า ถ้าเพียงยื่นหน้าไปอีกนิด จมูกก็จะได้สัมผัสแหล่งกําเนิดของกลิ่น....

     เจอกันอีกครั้งผมจะบอกเธอว่า เราไปเที่ยวงานวัดกันอีกนะ ไปช่วยกันทําลายซิมเมตทรี และสร้างจักรวาลกันสองคน

1124


แหล่งข้อมูลเพิ่มเติมใน Internet

     เวบไซท์ของ ATLAS Experiment ซึ่งเป็นการแผนการทดลองเพื่อตรวจหาฮิกส์โบซอน โดยใช้ Large Hadron Collider (LHC) ซึ่งอยู่ระหว่างการก่อสร้างที่ CERN เวบไซท์นี้มีความรู้เบื้องต้นทางฟิสิกส์ของอนุภาคสําหรับบุคคลทั่วไป น่าสนใจและอ่านง่าย http://pdg.lbl.gov/atlas

ท่องเที่ยวไปในโลกของอนุภาค โดย Particle Data Group ของ CERN http://wwwpdg.cern.ch/pdg/particleadventure/index.html

และมีรวบรวมเวบไซท์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาทางด้านนี้ ซึ่งหลายแห่งน่าเข้าไปชมมาก อยู่ที่ http://wwwpdg.cern.ch/pdg/particleadventure/other/othersites.html#general

ภาพสวยๆ ของแผนผังของอนุภาคและแรงพื้นฐาน http://www.cpepweb.org/cpep_sm_large.html


จันดราเศกขาร์

ชีวประวัติจากคำบอกเล่าของท่านเอง

ผู้เขียน: พวงร้อย

ชีวประวัติของ สุพราห์มัณญัณ จันดราเศกขาร์ จากคำบอกเล่าของท่านเอง



     ข้าพเจ้าเกิดที่รัฐ ละฮอร์ (ซึ่งในขณะนั้น ยังเป็นเมืองขึ้นของอังกฤษอยู่) ในวันที่ ๑๙ ตุลาคม คศ ๑๙๑๐ เป็นบุตรคนที่สาม และบุตรชายคนแรกของ ครอบครัวที่มีลูกชายสี่ ลูกสาวหก พ่อของข้าพเจ้าชื่อ จันดราเศกขารา สุพรามัณญา ไอญาร์ ข้าราชการในแผนกตรวจสอบ กรมการบัญชีของดินเดีย ซึ่งในขณะนั้น ท่านดำรงตำแหน่งเป็น ผู้ช่วยผู้ตรวจการบัญชี การทางรถไฟสายตะวันตกเฉียงเหนือ แม่ของข้าพเจ้า ชื่อ สีตา (ณี พลากริษนัน) เป็นสตรีมีการศึกษาสูง ท่านได้แปลบทละครของอิบเสนเรื่อง A Doll House เป็นภาษาทมิฬ และท่านได้อุทิศใจกายเพื่อการศึกษาของลูกๆอย่างแน่วแน่


     ข้าพเจ้าเรียนหนังสืออยู่กับบ้าน โดยพ่อแม่ และครูพิเศษ เป็นผู้ให้การศึกษาขั้นต้นจนมีออายุได้ ๑๒ ปี พอดีกับพ่อได้ย้ายไปรับราชการที่เมือง มาดราส ข้าพเจ้าจึงได้ไปเข้าเรียนโรงเรียนมัธยม ระหว่างปี คศ ๑๙๒๒-๑๙๒๕ และเรียนต่อที่มหาวิทยาลัย President College ในปี ๑๙๒๕-๑๙๓๐ และได้รับปรัญญาตรีเกียรตินิยม วิชาฟิสิกส์ ในเดือน กรกฎาคม ๑๙๓๐ หลังจากจบปริญญาตรี ก็ได้รับทุนรัฐบาลอินเดีย ไปเรียนต่อที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ และได้รับปริญญาเอกในปี ๑๙๓๓ เมื่อจบแล้วก็ไปทำงานวิจัยด้วยทุน PriZe Fellowship ที่ Trinity College ต่อมาได้รับเชิญให้ไปสอนและวิจัยที่ มหาวิทยาลัยชิคาโก ตั้งแต่เดือน มกราคม คศ ๑๙๓๗ และได้ย้ายมาที่ชิคาโกตั้งแต่นั้น

     ระหว่างสองปีสุดท้ายในอินเดีย ขณะที่กำลังศึกษาอยู่ที่ President College ในปีคศ ๑๙๒๘-๑๙๓๐ ข้าพเจ้าได้มีความผูกพันกับ ลลิตา โดรัยสวามี ซึ่งมีอายุอ่อนกว่าข้าพเจ้าหนึ่งปี เมื่อความสัมพันธ์สุกงอม ก็แต่งงานกับเธอใน เดือน กันยายน คศ ๑๙๓๖ ก่อนหน้าที่จะย้ายมาที่มหาวิทยาลัยชิคาโก ตลอดเวลาที่ได้ร่วมทุกข์ร่วมสุขกันใน ๔๗ ปีที่ผ่านมา ความเข้าอกเข้าใจ กำลังใจ และความสนับสนุนของลลิตานั้น ได้เป็นแก่นแท้แห่งชีวิตของข้าพเจ้าตลอดมา

     หลังจากที่ใช้เวลาช่วงแรกไปในการตระเตรียมศึกษา ผลงานทางวิทยาศาสตร์ของข้าพเจ้า ก็ดำเนินไปตามความบันดาลใจ ที่เป็นไปอย่างเป็นระบบที่แน่นอน โดยเฉพาะจากการที่ต้องการที่จะติดตามศึกษาพิสูจน์หัวข้อใดหัวข้อหนึ่ง ที่ข้าพเจ้าได้เลือกเฟ้นไว้ในทางปฏิบัติ หลังจากสุ่มทดลองไปแล้ว ก็คือ ความรู้ควงามเข้าใจที่ไปกันได้กับรสนิยม ความพึงพอใจของข้าพเจ้า เมื่อศึกษาค้นคว้าไปได้หลายปี จนรู้สึกว่าสะสมความรู้ไปได้พอสมควรแล้ว ข้าพเจ้าก็รู้สึกมีกำลังผลักดันให้เสนอความคิดความเข้าใจนี้ออกมา ตั้งแต่ต้นจนเป็นระบบระเบียบ ทั้งโครงสร้าง และการก่อตัว ความสนใจในชีวิตของข้าพเจ้า แล่งเป็นเจ็ดส่วนด้วยกันคือ


๑ โครงสร้างของดวงดาว - รวมทั้งทฤษฎีของดาวแคระขาว (คศ ๑๙๒๙ - ๑๙๓๙) ๒ ไดนามิคส์ของดวงดาว - รวมทั้ง Brownian Motion (คศ ๑๙๓๘ - ๔๓) ๓ ทฤษฎีเกี่ยวกับการถ่ายเทพลังงานด้วยการแผ่รังสี Radiative Transfer รวมทั้งบรรยากาศของดวงดาว (คศ ๑๙๔๓ - ๕๐) ๔ เสถียรภาพในด้าน hydrodynamic hydromagnetic stability (คศ ๑๙๕๒ - ๑๙๖๑) ๕ The equilibrium and the stability of elipsoidal figure of equilibrium ร่วมกับ Norman R. Lebovitz (คศ ๑๙๖๑ - ๑๙๖๘) ๖ The general theory of relativity and relativistic astrophysics (คศ ๑๙๖๒ - ๑๙๗๑) ๗ ทฤษฎีทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับหลุมดำ (คศ ๑๙๗๔ - ๑๙๘๓)



ผลงานอันเป็นข้อเขียนจากเจ็ดช่วงชีวิตนี้ มีปรากฏอยู่ในหนังสือเหล่านี้


1. An Introduction to the Study of Stellar Structure (1939, University of Chicago Press; reprinted by Dover Publications, Inc., 1967).


2a. Principles of Stellar Dynamics (1943, University of Chicago Press; reprinted by Dover Publications, Inc., 1960).


2b. 'Stochastic Problems in Physics and Astronomy', Reviews of Modern Physics, 15, 1 - 89 (1943); reprinted in Selected Papers on Noise and Stochastic Processes by Nelson Wax, Dover Publications, Inc., 1954.


3. Radiative Transfer (1950, Clarendon Press, Oxford; reprinted by Dover Publications, Inc., 1960).


4. Hydrodynamic and Hydromagnetic Stability (1961, Clarendon Press, Oxford; reprinted by Dover Publications, Inc., 1981).


5. Ellipsoidal Figures of Equilibrium (1968; Yale University Press).


6. The Mathematical Theory of Black Holes (1983, Clarendon Press, Oxford).


However, the work which appears to be singled out in the citation for the award of the Nobel Prize is included in the following papers:


'The highly collapsed configurations of a stellar mass', Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 91, 456-66 (1931).


'The maximum mass of ideal white dwarfs', Astrophys. J., 74, 81 - 2 (1931).


'The density of white dwarfstars', Phil. Mag., 11, 592 - 96 (1931).


'Some remarks on the state of matter in the interior of stars', Z. f. Astrophysik, 5, 321-27 (1932).


'The physical state of matter in the interior of stars', Obseroatoy, 57, 93 - 9 (1934)


'Stellar configurations with degenerate cores', Observatoy, 57, 373 - 77 (1934).


'The highly collapsed configurations of a stellar mass' (second paper), Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 95, 207 - 25 (1935).


'Stellar configurations with degenerate cores', Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 95, 226-60 (1935).


'Stellar configurations with degenerate cores' (second paper), Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 95, 676 - 93 (1935).


'The pressure in the interior of a star', Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 96, 644 - 47 (1936).


'On the maximum possible central radiation pressure in a star of a given mass', Observatoy, 59, 47 - 8 (1936).


'Dynamical instability of gaseous masses approaching the Schwarzschild limit in general relativity', Phys. Rev. Lett., 12, 114 - 16 (1964); Erratum, Phys. Rev. Lett., 12, 437 - 38 (1964).


'The dynamical instability of the white-dwarf configurations approaching the limiting mass' (with Robert F. Tooper), Astrophys. J., 139, 1396 - 98 (1964).


'The dynamical instability of gaseous masses approaching the Schwarzschild limit in general relativity', Astrophys. J., 140, 417 - 33 (1964).


'Solutions of two problems in the theory of gravitational radiation', Phys. Rev. Lett., 24, 611 - 15 (1970); Erratum, Phys. Rev. Lett., 24, 762 (1970).


'The effect of graviational radiation on the secular stability of the Maclaurin spheroid', Astrophys. J., 161, 561 - 69 (1970).


จากคำปราศรัยของท่าน จันดราเศกขาร์ ในพิธีรับรางวัลโนเบล เมื่อปี คศ ๑๙๘๓ ท่านจันดราเศกขาร์ สิ้นชีวิตลงเมื่อปี คศ ๑๙๙๕


  สร้างสูญญากาศ (ได้หรือ?)

ผู้เขียน: วิศิษฐ์ สิงห์สมโรจน์

สร้างสูญญากาศขึ้นมาในห้องทดลอง

     ฉบับนี้ ผมจะคุยถึงเรี่องความว่างเปล่าที่เราเรียกว่า สูญญากาศ แต่ผมไม่ได้จะมาเล่าว่า สูญญากาศเป็นอย่างไรหรอกครับ เพราะคาดว่าทุกคนคงรู้กันดี

    ตามปกติแล้ว เวลาเราพููดถิึงสูญญากาศ เรามักจะคิดถึึงสูญญากาศจริง ๆ คิดถึงบริเวณที่ไม่มีแม้แต่โมเลกุลไฮโดรเจนสักโมเลกุลเดียว เป็น สูญญากาศที่สมบูรณ์ มีความดันเป็นศูนย์

    ฟังดูแล้วก็ไม่เห็็นมีอะไรแปลกใหม่ หากเราคิดที่จะสร้างสูญญากาศขึ้นมาในห้องทดลอง ก็ไม่น่าที่จะยาก แล้วน่าสนใจตรงไหนเหรอครับ ก็ตรงที่มันสร้างไม่ได้นะสิครับ สูญญากาศสมบูรณ์ เป็นเพียงแต่่ความฝันของนักฟิสิกส์ ที่ต้องการทำการทดลองในสภาพไร้ความดัน
 

    ทำไมละครับ ก็หากแค่เรามีกล่องโลหะหนึ่งกล่อง ปิดหมดยกเว้นช่องที่มีเครื่องดูดอากาศที่มีความสามารถสุดยอดต่ออยู่ เปิดเครื่องไว้ ให้ดูดไปเรื่อย ๆ สักสิบปี โมเลกุลสสารต่าง ๆ จะออกมาไม่หมดหรือไร

     ครับ คำตอบคือไม่มีวันหมดครับ อุปสรรคสำคัญที่ไม่ว่านักฟิสิกส์คนไหน ก็ยังไม่สามารถเอาชนะได้ คือ ความดันไอ (หรือที่ฝรั่งเรียกว่า vapor pressure)


1133

     ความดันไอเป็นตัวบ่งบอกถึงค่าของความดันรอบ ๆ สสารที่สามารถทำให้ สสารนั้น ๆ ระเหย (หรือระเหิด) โดยจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ตัวอย่างเช่น เหล็กมีความดันไอที่ 4 * 10-7 ทอร์ ที่อุณหภูมิ 1000 องศาเซลเซียส หมายความว่าที่อุณหภูมิ 1000 องศาเซลเซียส เมื่อความดันรอบ ๆ เหล็กลดลงถึง 4 *10-7 ทอร์ โมเลกุลของเหล็กก็จะเริ่มที่จะระเหิดกันออกมา

     อีกตัวอย่างที่เห็นกันในชีวิตประจำวันก็เห็นจะเป็นลูกเหม็น ที่มีความดันไอสูงมากที่อุณหภูมิห้อง ก็เลยระเหิดได้มากมายในห้องน้ำสร้างกลิ่น เหม็นกว่ามากลบกลิ่นไม่พึ่งประสงค์

 

1132


      นี่แหละครับ เป็นสาเหตุที่ทำให้เรายังไม่สามารถสร้างสูญญากาศสมบูรณ์ได้เสียที ถึงแม้ว่าเราจะลองพยายามที่อุณหภูมิต่ำมากก็ตาม ความดันไอของสารทุกชนิดก็จะมีค่าเป็นบวกเสมอ เมื่อความดันลดลงมาก ๆ ใกล้ความเป็นสูญญากาศสมบูรณ์ ไม่อะไรก็อะไร จะต้องระเหิดออกมา นั้นก็หมายความว่า ไม่ว่าเราจะใช้วัสดุุอะไรสร้างเป็นกล่องเก็บสูญญากาศ วัสดุนั้น ก็จะต้องกลายเป็นอุปสรรค ในการบรรลุถึงความดันศูนย์ในที่สุด

     แล้วไหนจะโมเลกุลจากเครื่องดูดอากาศอีกละครับ ที่จำเป็นจะต้องประกอบไปด้วยวัสดุต่าง ๆ มากมายตามแต่หน้าที่ สูญญากาศที่ทำได้ดีที่สุดตอนนื้ ก็็เห็นจะเป็นประมาณ ล้าน สองล้านโมเลกุล ในปริมาตรหนึ่งลูกบาตรนิ้ว ซึ่งก็ยังห่างไกลความจริงอยู่มาก แต่ถ้าเทียบกับอากาศที่เราหายใจกันอยู่ ซึ่งมีประมาณ 1017 โมเลกุลแล้วละก็็ ว่างเปล่าพอสมควรทีเดียวครับ

 

1134

    ก่อนจบ ขออีกนิดว่า ธาตุที่มีความดันไอต่ำที่สุดที่อุณหภูมิใด ๆ คือทังสเตน (ดูกราฟประกอบไปนะครัับ สัญลักษ์ของทังสเตนคือ W) นั้นก็หมายความว่า หากเอาธาตุต่าง ๆ มาตั้งเรียงกัน ที่สภาวะใด ๆ โมเลกุลของทังสเตนจะระเหิดออกมาน้อยที่สุด ก็แปรว่า กล่องเก็บสูญญากาศของเรา หากทำด้วยทังสเตน จะดีที่สุด


   ทักษิณ vs. ไอน์สไตน์

ทักษิณ vs. ไอน์สไตน์ “การเมืองเรื่องชั่วครู่อยู่ไม่นาน สมการสัจจะทรงคงนิรันดร์” ! จากนั้นอาจารย์ทักษิณก็พาดพิงทฤษฎีสำคัญที่นักวิทยาศาสตร์พยายามจะจับมารวมกับทฤษฎีควอนตัม

ผู้เขียน: ดร.บัญชา ธนบุญสมบัติ

 “การเมืองเรื่องชั่วครู่อยู่ไม่นาน สมการสัจจะทรงคงนิรันดร์”

      เผลอแป๊บ ๆ คอลัมน์ Know How & Know Why ก็ครบ 2 ขวบแล้ว (ถ้าเป็นเด็ก ก็กำลังน่ารักสุด ๆ) ผมจึงอยากจะหาประเด็นสนุก ๆ มาให้อ่านกัน ... ก็บังเอิญฟ้าประทานโอกาสให้ได้ฟังปาฐกถาของท่านนายกทักษิณผ่านการถ่ายทอดการสัมมนาเกี่ยวกับการพัฒนาที่ยั่งยืน ซึ่งแม้เนื้อหาส่วนใหญ่จะเป็นประเด็นหาเสียงของพรรค ทรท. เอ้ย! เป็นวิสัยทัศน์และนโยบายทางเศรษฐกิจและสังคมของรัฐบาล แต่ก็มีอยู่ตอนหนึ่งที่ท่านนายกฯ ว่าไว้ดังนี้ (แกะจากรอยหยักในสมองบูด ๆ เบี้ยว ๆ ของผมเอง คำพูดจึงอาจจะไม่เป๊ะ แต่แก่นของเนื้อหารับรองว่าถูกต้อง)

“... คนเป็นส่วนหนึ่งของครอบครัว ครอบครัวเป็นส่วนหนึ่งของสังคม สังคมเป็นส่วนหนึ่งของประเทศ ประเทศเป็นส่วนหนึ่งของโลก และโลกก็ยังเป็นส่วนหนึ่งของจักรวาล ...”

     จากนั้นอาจารย์ทักษิณก็พาดพิงทฤษฎีสำคัญที่นักวิทยาศาสตร์พยายามจะจับมารวมกับทฤษฎีควอนตัม ซึ่งแม้จะไม่ได้พูดชื่อออกมาตรง ๆ แต่ใครที่สนใจเรื่องนี้อยู่บ้างก็คงจะรู้ว่า หมายถึง ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ (Einstein’s Theory of Relativity) นั่นเอง (คำว่า ‘สัมพัทธภาพ’ อ่านว่า สัม-พัด-ทะ-พาบ อย่าเผลออ่านผิดเป็น ‘สัมพันธภาพ’ นะครับ เพราะ ‘สัมพัทธภาพ = relativity’ ส่วน ‘สัมพันธภาพ = relation หรือ relationship’ คุณผู้อ่านที่สนใจรายละเอียด ลองหานิตยสาร UpDATE ฉบับที่ 189 เดือนพฤษภาคม-มิถุนายน 2546 ในคอลัมน์ ‘นิดกับหน่อยเกี่ยวก้อยท่องโลก 4 มิติ’ ดูได้)

      แม้อาจารย์ทักษิณจะเลคเช่อร์เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ไว้สั้น ๆ แค่นี้ แต่หัวใจของผมก็เริ่มพองโต และรู้สึกว่า แหม! นึกว่าท่านนายกฯ จะเก่งแต่เรื่องหุ้น ธุรกิจ และเศรษฐกิจมหภาคซะอีก เดี๋ยวนี้ก็หันมาสนใจเรื่องมีสาระและงดงามอย่างวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์แล้วรึนี่! อย่างนี้ก็ต้องเชียร์ส่งตามน้ำซะหน่อย เพราะนาน ๆ ทีจะเห็นผู้นำระดับสูงแสดงวิสัยทัศน์ด้านนี้

     ในเมื่อท่านเป็นคนก่อเหตุ ผมจึงต้องจับท่านมาเป็นพระเอกของเรื่องนี้ แต่จะประกบคู่กับใครดีถึงจะสมศักดิ์ศรี? ถ้าเลือกนักวิทย์เก่ง ๆ มา แต่เกิดมีคนไม่รู้จักก็ไม่มันส์ ผมเลยขอเปรียบมวยท่านนายกฯ กับยอดอัจฉริยะระดับโลกคือ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ซะเลย ... ไม่มีใครต่อว่าเราได้ถนัดปากแน่ ๆ

     การเปรียบท่านนายกฯ กับอัจฉริยะอย่างไอน์สไตน์นั้น ย่อมต้องมีทั้งคนชอบใจ ขัดใจ และเฉย ๆ ส่วนท่านจะเป็นอัจฉริยะหรือไม่ ก็คงแล้วแต่ว่าจะมองจากมุมไหน เช่น ถ้าทางด้านวิทยาศาสตร์ ก็ยังไม่เห็นจะฉายแววอะไร แต่ถ้าทางธุรกิจแล้วล่ะก็คงจะใช่แน่ (ไม่งั้นกลุ่มชินคอร์ปคงจะไม่ยิ่งใหญ่ขนาดนี้)

     ท่านนายกฯ ชูวิสัยทัศน์ว่าต้อง ‘คิดใหม่-ทำใหม่’ ในการบริหารจัดการบ้านเมือง ส่วนไอน์สไตน์ก็คิดใหม่-ทำใหม่ ในฟิสิกส์เช่นกัน เพราะเมื่อราว 100 ปีก่อนนั้น ฟิสิกส์ดั้งเดิม (classical physics) เกิดปัญหาและทำท่าจะไปไม่รอด เนื่องจากกลศาสตร์ของนิวตันซึ่งยืนยงคงกระพันมานานดันไปขัดแย้งกับผลจากการทดลองเกี่ยวกับอัตราเร็วของแสง อีกทั้งยังไม่ลงรอยกับทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ แต่ในที่สุดไอน์สไตน์ก็ผ่าทางตัน โดยใช้ทั้งตรรกะ + ญาณหยั่งรู้ คิดค้นทฤษฎีสัมพัทธภาพออกมาจนสามารถประสานรอยร้าวทั้งหมดได้อย่างงดงาม
 

ไอน์สไตน์เคยได้รับเชิญให้เป็นประธานาธิบดีของประเทศอิสราเอล

     นโยบายต่าง ๆ ของนายกฯ และทีมมีผลกระทบกับผู้คนเกือบทุกระดับ ไม่ว่าชาวบ้านในระดับรากหญ้า หรือนักธุรกิจมหาเศรษฐี ส่วนทฤษฎีของไอน์สไตน์นั้น ก็มีผลกระทบกับฟิสิกส์ทุกระดับ ตั้งแต่กลศาสตร์ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ไปจนถึงจักรวาลวิทยา และนับเป็นหนึ่งในทฤษฎีพื้นฐานของฟิสิกส์ยุคใหม่ (modern physics) เลยทีเดียว!

     แต่ใช่ว่านายกฯ กับไอนสไตน์จะเหมือนกันไปซะทุกเรื่อง มุมต่างก็มีไม่น้อย ตอนช่วงที่นายกฯ ขึ้นรับตำแหน่งใหม่ ๆ หลายคนคงจะใจหายใจคว่ำที่ศาลรัฐธรรมนูญโหวตให้ท่านนายกฯ หลุดจากคดีซุกหุ้น โดยเฉือนกันแค่แต้มเดียว ทำให้คิดถึงตอนที่ไอน์สไตน์เริ่มดังจนฮิตเลอร์ต้องหาเรื่องเพราะไอน์สไตน์เป็นยิว ว่ากันกว่าฮิตเลอร์ได้ระดมนักวิทยาศาสตร์เยอรมันร่วม 100 คน เพื่อจับผิดทฤษฎีของไอน์สไตน์ เพราะจะให้คนยิวมาเก่งกว่าเยอรมันนั้น ฮิตเลอร์ยอมไม่ได้

     ไอน์สไตน์ย้อนกลับไปว่า ถ้าทฤษฎีสัมพัทธภาพผิดจริง ก็ไม่ต้องใช้คนถึง 100 คนหรอก แค่คน ๆ เดียวชี้ให้เห็นข้อบกพร่องก็เพียงพอที่จะล้มทฤษฎีแล้ว! ( แต่ในบางสังคมนั้น ถ้าผู้ใหญ่ทำผิดศีลธรรม หรือมีพฤติกรรมที่ไม่เหมาะสม ขนาดเด็ก 100 คนเห็นตรงกันว่าน่าละอาย เจ้าตัวก็ยังอาจเฉย ๆ ก็เป็นได้! เปล่าครับเปล่า ผมไม่ได้พูดถึง ‘บิ๊ก ๆ’ บางคนนะคร้าบ)

     แม้ไอน์สไตน์จะเป็นอัจฉริยะทางวิทยาศาสตร์ แต่ก็เคยทำผิดพลาดจัง ๆ เหมือนกัน มีอยู่ครั้งหนึ่งที่เขาจงใจใส่ตัวแปรพิเศษตัวหนึ่ง (เรียกว่า ค่าคงที่ของจักรวาล) เข้าไปในสมการหนึ่งในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เพื่อทำให้สมการนั้นทำนายว่า จักรวาล มีลักษณะคงที่เป็นนิจนิรันดร์ ตามข้อมูลของนักดาราศาสตร์กลุ่มหนึ่งที่เสนอทฤษฎีว่า จักรวาลอยู่ในสถานะคงตัว (steady-state theory) แต่หลังจากนั้นไม่นานนัก กลับพบว่า จริง ๆ แล้วจักรวาลกำลังขยายตัวอยู่ต่างหาก ซึ่งถ้าหากไอน์สไตน์ไม่เล่นกล “ยัด” ตัวแปรพิเศษที่ว่าเข้าไป ทฤษฎีที่เขาคิดได้แบบตรงไปตรงมาก็จะทำนายอนาคตของจักรวาลได้ถูกต้องอยู่แล้ว

     เรื่องนี้ทำให้ไอน์สไตน์ยอมรับผิดและพูดว่า “นี่เป็นความผิดพลาดครั้งยิ่งใหญ่ที่สุดในชีวิตของผม” แต่เรื่องนี้ ถ้าจะถู ๆ ไถ ๆ ไปก็อาจจะแก้ต่างว่า “เป็นความผิดพลาดโดยสุจริต” ได้ไม่ยาก

     ไอน์สไตน์เคยได้รับเชิญให้เป็นประธานาธิบดีของประเทศอิสราเอล แต่ดูเหมือนเขาจะไม่สนใจอำนาจทางการเมือง แถมยังพูดว่า “Politics is for the moment; an equation is for eternity.” ซึ่งอาจารย์ ดร.พัฒนะ ภวะนันท์ แห่งภาควิชาฟิสิกส์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ได้กรุณาถอดความไว้อย่างสุดแสนไพเราะว่า

     “การเมืองเรื่องชั่วครู่อยู่ไม่นาน สมการสัจจะทรงคงนิรันดร์” !

     ตีพิมพ์ครั้งแรกในคอลัมน์ Know How & Know Why หนังสือพิมพ์กรุงเทพธุรกิจ


 เครื่องกลแรงย้อน (Perpetual Motion Machines)

     ก้อนที่ดูเหมือนลิ่มสามเหลี่ยมสีน้ำตาล คือพื่นเอียงนะครับ ส่วนลูกกลม ๆ ซึ่งเคลื่อนที่อยู่ก็เป็นลูกแก้ว ซึ่งถูกโยงติดกันไว้...

ผู้เขียน: ดร วิศิษฐ์ สิงห์สมโรจน์

     สำหรับฉบับนี้ ผมก็จะคุยถึงสิ่ง ๆ หนึ่งที่เรียกเป็นภาษาอังกฤษว่า Perpetual Motion Machine หรือถ้าจะแปลเป็นภาษาไทยแบบ ง่าย ๆ แค่ฟังรู้เรื่องแต่ไม่ไพเราะก็คงจะได้ความว่า เครื่องมือหรืออุปกรณ์ ที่สามารถเคลื่อนไหวได้ด้วยตัวเอง ชั่วนิรันด์ โดยไม่ต้องได้รับพลังงานจากภายนอกเลย

     ฟังดูเหมือนว่าจะเป็นไปไม่ได้ ใช้ไหมครับ งั้นผมก็ขอบอกตรงนี้เลยแล้วกัน ว่ามันเป็นไปไม่ได้จริง ๆ แหละครับ เพราะอุปกรณ์อย่างว่าจะผิดกฎ "Thermodynamics" ข้อหนึ่ง ซึ่งบอกว่า งานที่ได้รับรวมกับพลังงานความร้อนที่อุปกรณ์อาจจะ ปล่อยออกมาจะต้องเท่ากับงานที่ให้เสมอ ก็แปลว่าถ้าอยากจะให้อะไรเคลื่อนไหว เราก็ต้องให้พลังงานมันในรูปใดรูปหนึ่ง แต่ถึงอย่างไรก็ตาม นักคิดในสมัยก่อนก็สามารถที่จะคิดอุปกรณ์ดังกล่าวออกมา ได้มากมาย แค่คิดนะครับ ไม่ได้ทำ แต่ทุกชิ้นที่ถูกคิดขึ้นมาก็น่าสนใจ ยกตัวอย่างอุปกรณ์ชิ้นง่าย ๆ ที่ผมก็จำไม่ได้แล้วว่าใครเป็นคนคิด ดังรูป







 
      ก้อนที่ดูเหมือนลิ่มสามเหลี่ยมสีน้ำตาล คือพื้นเอียงนะครับ ส่วนลูกกลม ๆ ซึ่งเคลื่อนที่อยู่ก็เป็นลูกแก้ว ซึ่งถูกโยงติดกันไว้ ด้วยเชือก การทำงานของอุปกรณ์ชิ้นนี้ก็อาศัยแรงโน้มถ่วงของโลก จะเห็นว่าด้านพื้นเอียงทางซ้ายซึ่งเอียงมากกว่า จะมีลูกแก้วอยู่ประมาณสามลูก ส่วนด้านขวาซึ่งเอียงน้อยกว่า มีลูกแก้วอยู่ประมาณห้าลูก ถ้าลูกแก้วทุกลูกมีน้ำหนักเท่ากัน ลูกแก้วห้าลูกทางขวาก็ควรจะมีน้ำหนักมากกว่า ลูกแก้วสามลูกทางซ้าย ลูกแก้วทางขวาจิงกลิ้งลงตามพื่นเอียงพร้อมกับดึงให้ลูกแก้วทางซ้ายเคลื่อนที่ขึ้น (ส่วนลูกแก้วซึ่งอยู่ด้านล้างของพื่นเอียง ก็แค่เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง โดยไม่ได้ชักเยอน้ำหนักกับลูกแก้วด้านอื่น)

      ดูเหมือนจะเป็นไปได้ใช้ไหมครับ นั้นแหละครับ สิ่งที่น่าสนใจก็คือ อะไรทำให้อุปกรณ์ชิ้นนี้ไม่เคลื่อนไหวตลอดเวลา ดังที่นักคิด (ซึ่งผมจำชื่อไม่ได้) คาดการเอาไว้
 


การเกิดอุปราคา

อธิบายการเกิด สุริยุปราคา และ จันทรุปราคา

ผู้เขียน: พวงร้อย

การเกิดอุปราคา

    อุปราคา หรือ Eclipse ในระบบที่ประกอบด้วย ดวงอาทิตย์-โลก-ดวงจันทร์นั้น เกิดขึ้นเมื่อโลกหรือดวงจันทร์ บังเงาตะวันจากกันและกัน

    ดวงอาทิตย์ใหญ่กว่าดวงจันทร์มากถึง 400 เท่า แต่ด้วยความบังเอิญดวงอาทิตย์ก็อยู่ห่างจากโลกมากกว่าดวงจันทร์ประมาณ 400 เท่า เมื่อมองจากโลกแล้วขนาดของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์จะใกล้เคียงกัน เราจึงโชคดีได้เห็นปรากฏการณ์อุปราคาระหว่าง ตะวัน-จันทรา ได้

(ภาพที่ 1) การเกิดสุริยุปราคา คนบนโลกด้านกลางวันเพียงส่วนน้อยจะมีโอกาสได้เห็นสุริยุปราคา ภาพโดย คณะฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเทนเนสซี

    ถ้าเงาของโลกไปตกลงบนดวงจันทร์ ดวงจันทร์ก็จะมืดลงเรียกว่าเกิดจันทรุปราคา แต่คนทั้งโลกด้านกลางคืนจะมองเห็นจันทรุปราคาได้หมด

(ภาพที่ 2) แสดงการเกิดจันทรุปราคาเมือดวงจันทร์โคจรเข้าเงาของโลก ภาพโดย คณะฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเทนเนสซี

    ในเมื่อดวงจันทร์โคจรรอบโลกประมาณรอบละเดือน ก็น่าที่จะเกิดอุปราคาทั้งสองอย่างเดือนละครั้ง แต่ในความเป็นจริงมันไม่เกิดเช่นนั้น แถมการเกิดอุปราคาแบบเต็มดวงก็ยังหาดูได้ยากเสียอีก ที่เป็นเช่นนั้นก็เพราะว่า

    1 วงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ และวงโคจรของดวงจันทร์รอบโลก ไม่ได้อยู่ในระนาบเดียวกัน หากพื้นระนาบทั้งสอง ทำมุมประมาณ 5 องศาต่อกัน

(ภาพที่ 3) แสดงพื้นระนาบวงโคจรของดวงจันทร์รอบโลก เอียงทำมุมกับพื้นระนาบวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ (ecliptic plane) อยู่ประมาณ 5 องศา ภาพโดย Dr. Nick Strobel

    แนวตัดของระนาบทั้งสองจะเป็นเส้นตรงเรียกว่า Line of nodes การจะเกิดอุปราคาได้นั้น นอกจากต้องเกิดเมื่อดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์ เรียงตัวอยู่ในเส้นตรงเดียวกันแล้ว (คืนพระจันทร์เต็มดวงเท่านั้น) ยังต้องขึ้นอยู่กับเมื่อ แนวเรียงตัวของดาวทั้งสามตรงกันกับ line of nodes นี้ด้วย จึงจะเกิดอุปราคาขึ้นได้


     ในขณะที่โลกโคจรอยู่ตลอดเวลาไปรอบดวงอาทิตย์นั้น ดวงจันทร์ก็หมุนรอบโลกตามไปด้วยคาบเวลาที่ต่างกัน ทำให้เส้นเชื่อมโหนดนั้นหมุนควงไปเรื่อยไม่คงที่ เวลาที่จะเกิดอุปราคาได้นั้น จะต้องเป็นยามที่เส้นเชื่อมโหนดหันตรงเข้าหาดวงอาทิตย์เท่านั้น จึงจะทำให้โลก ดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์ มาอยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกันได้ ไม่เช่นนั้นดวงจันทร์จะอยู่สูงเกินไป หรือตำ่เกินไปเงาก็คลาดกันได้ ปัจจัยหลักที่จะทำให้เกิดอุปราคา จึงต้องเป็นเวลาที่ดวงจันทร์โคจรมาอยู่แถวๆโหนด ในเวลาที่เส้นเชื่อมโหนดหันเข้าหาดวงอาทิตย์ ระยะเวลาที่ดวงจันทร์โคจรอยู่แถวๆเส้นเชื่อมโหนดจะเรียกว่า eclipse season อุปราคาจึงจะเกิดขึ้นได้ นี่ก็คือเหตุผลที่ว่าทำไมจึงไม่มีอุปราคาเกิดขึ้นทุกๆเดือนนั่นเอง

(ภาพที่ 4) ในช่วงที่ line of nodes ไม่เรียงตัวกับแนว ตะวัน-จันทร์-โลก ก็จะไม่เกิดอุปราคา ภาพโดย Dr Nick Strobel

   เมื่อดวงจันทร์เคลื่อนตัวมาระหว่างดวงอาทิตย์กับโลก บางครั้งดวงจันทร์ก็จะอยู่ต่ำกว่า หรือสูงกว่านิดหน่อย ทำให้เงาของดวงจันทร์ไม่ตกลงยังพื้นโลก จึงไม่เกิดสุริยุปราคาหรือจันทรุปราคาไปทุกเดือน

(ภาพที่ 5) เมื่อ line of nodes ไม่เรียงตัวกับแนว ตะวัน-จันทร์-โลก เงาของดวงจันทร์หรือเงาของโลกจะคลาดกัน ภาพโดย Dr. Nick Strobel

    2 วงโคจรของดวงจันทร์รอบโลก เป็นวงรี ไม่ใช่วงกลม โดยมีโลกอยู่ที่จุดโฟกัสหนึ่ง เมื่อพระจันทร์อยู่ใกล้โลกมากที่สุด(perigee อ่านว่า แพรีจี้) จะอยู่ห่างจากโลก 363,260 กิโลเมตร และเมื่อดวงจันทร์อยู่ไกลจากโลกมากที่สุดจะอยู่ห่างจากโลก 405,540 กิโลเมตร

(ภาพที่ 6) วงโคจรของดวงจันทร์รอบโลก ภาพโดย Dr Nick Strobel

    เมื่อวงโคจรของดวงจันทร์รอบโลกเป็นวงรีเช่นนี้ด้านยาวของวงรี ไม่ได้หันตรงสู่ดวงอาทิตย์เสมอไป ตามความเป็นจริงแล้ว จุดที่ดวงจันทร์อยู่ใกล้โลกมากที่สุด (perigee) จะเคลื่อนไปถึงปีละ 40.7 องศา จึงเป็นสาเหตุที่การเกิดอุปราคาไม่อยู่ตรงวันเดียวกันตามปฏิทิน นอกจากนี้แล้ว line of nodes ก็ยังเคลื่อนไปปีละ 19.3 องศาอีกด้วย ฉะนั้นการคำนวณการเกิดอุปราคาไม่ใช่เรื่องกล้วยๆเสียแล้ว เพราะคนที่คำนวณจะต้องมีตารางการโคจรอย่างละเอียด จึงจะคำนวณตำแหน่งของการเกิดอุปราคาได้ นี่ยังไม่กล่าวรวมถึงปัจจัยอื่นที่จะทำให้การคาดการณ์ยากขึ้นไปอีก

(ภาพที่ 7) มองจากขั้วโลกเหนือลงมาจะแสดงตำแหน่งวงโคจรของดวงจันทร์รอบโลกที่เป็นวงรี ความรีขยายให้เกินความจริงเพื่อให้เห็นชัดๆ รูปซ้ายยังไม่ได้ปรับการเคลื่อนแกนของวงรี รูปขวาขยายให้เห็นการเคลื่อนของแกนวงรี ในขณะที่โลกและดวงจันทร์เคลื่อนตัวโคจรไปรอบดวงอาทิตย์พร้อมๆกัน ภาพโดย Dr Nick Strobel

จันทรุปราคา

    จันทรุปราคาเกิดขึ้นเมื่อโลกมาอยู่ระหว่างดวงอาทิตย์กับดวงจันทร์ โดยที่ดวงจันทร์จะต้องโคจรผ่าน ecliptic plane หรือแนวระนาบวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ เงาของทรงกลมเช่นโลกหรือดวงจันทร์ ที่ได้รับแสงจากแหล่งกำเนิดแสงใหญ่เช่น ดวงอาทิตย์จะมีลักษณะเป็นกรวย

 

(ภาพที่ 8) แสดงการเกิดจันทรุปราคาเต็มดวง เมื่อดวงจันทร์ผ่านเข้าทั้งเงามืดและ เงาสว่างของโลก ภาพโดย Juan Parada

     ลักษณะเป็นกรวยเงามืด(Umbra อ่านว่า อัมบรา) และ เงาสว่าง (penumbra - อ่านว่า พีนัมบรา) หากสมมติว่ามันไปทาบจอในอวกาศ มองจากโลกจะเห็นเป็นวงกลมซ้อนกันสองวง วงในเป็นเงามืดและวงนอกเป็นเงาสว่าง เนื่องจากการที่พื้นระนาบของวงโคจรทั้งสองไม่ได้อยู่ร่วมพื้นเดียวกัน เงาจึงมีสูงมีต่ำมิได้เข้าเขตเงามืดเสมอไป จึงจัดจันทรุปราคาเป็นสามแบบคือ

1 จันทรุปราคาแบบเต็มดวง (Total Lunar Eclipse) เกิดขึ้นเมื่อ ดวงจันทร์ ผ่านเข้าเขตเงามืดดังกล่าวข้างบน

 

(ภาพที่ 9) จันทรุปราคาแบบเตค็มดวง ภาพโดย NASA's GSFC

     เมื่อดวงจันทร์ผ่านเข้าเงามืดของโลกนั้นดวงจันทร์จะไม่มืดสนิททีเดียว เพราะโลกมีชั้นบรรยากาศที่หนาพอสมควร บรรยากาศของโลกจะดูดซับแสงสีฟ้า (จึงเป็นเหตุที่เรามองเห็นท้องฟ้าเป็นสีฟ้า) แล้วปล่อยให้แสงสีส้มและแดงหักเหผ่านไป จึงไปจับดวงจันทร์ให้เห็นเป็น พระจันทร์สีเลือด หรือออกสีส้มๆไป

 

(ภาพที่ 10) แสดงการหักเหแสงผ่านชั้นบรรยากาศของโลก

 

(ภาพที่ 11) เมื่อจันทร์เจ้าลับเข้าเงาสีเลือด ผลจากการหักเหแสงผ่านบรรยากาศของโลก ภาพโดย Fred Espenak แห่งนาซ่า

2 จันทรุปราคาแบบกึ่งเงามืด กึ่งเงาสว่าง (Partial Lunar Eclipse)

    เกิดขึ้นเมื่อวงโคจรของดวงจันทร์ไม่ได้ทับกับระนาบวงโคจรของ โลก-ดวงอาทิตย์ได้สนิทนัก ดวงจันทร์จึงคลาดเงามืดไปหน่อย แต่ก็เข้าไปในเขตเงามืดเป็นบางส่วน ส่วนที่เข้าเงามืดนั้นจะดูเหมือนพระจันทร์แหว่งหายไปหน่อย

(ภาพที่ 12) เมื่อดวงจันทร์คลาดเงามืดไปหน่อย เรียกว่า Partial Lunar Eclipse ภาพโดย NASA's GSFC


(ภาพที่ 13) ภาพถ่ายจันทรุปราคาแบบกึ่งมืดกึ่งสว่าง โดย Steven Henderson

3 จันทรุปราคาแบบกึ่งเงาสว่าง (Penumbral Eclipse)

     จันทรุปราคาแบบนี้ เกิดขึ้นเมื่อดวงจันทร์คลาดเงามืด แต่ผ่านเข้าเงาสว่างส่วนหนึ่งหรือทั้งดวง จะปรากฏว่าดวงจันทร์มืดลงหน่อย ถ้าตาไม่ดี หรือไม่ทราบล่วงหน้ามาก่อนก็พลาดไปได้

(ภาพที่ 14) เมื่อดวงจันทร์เพียงเฉียดเข้าเงาสว่าง แบบ Penumbral Lunar Eclipse ภาพโดยนาซ่า

Animation ของการเกิด Penumbral Lunar Eclipse ในวันที่ 13 มีนาคม 1998 โดย Bengst Ask

 สุริยุปราคา

(ภาพที่ 15) ภาพโดย Juan Parada แห่งประเทศ Venezuela

    สุริยุปราคาเกิดขึ้นได้ในคืนเดือนมืดแรมสิบห้าค่ำ เมื่อดวงจันทร์เคลื่อนมาอยู่ระหว่างดวงอาทิตย์และโลก บนแนวเส้นตรงเดียวกัน ในยามนั้นเงาของดวงจันทร์จะกวาดผ่านพื้นโลกบางส่วน
ทำให้คนบนโลกที่อยู่บริเวณที่เงาของดวงจันทร์พาดผ่านไปนั้น จะเห็นดวงอาทิตย์ถูกบังโดยดวงจันทร์ อย่างที่คนโบราณเรียกว่า "ราหูอมตะวัน" จะเห็นได้โดยคนส่วนหนึ่งบนพื้นโลก ด้านที่เป็นตอนกลางวันเท่านั้น

Animation จากยานอวกาศ GOES เป็นภาพเงาของดวงจันทร์ที่เคลื่อนผ่านโลก ในยามที่เกิดสุริยุปราคาในวันที่ 26 กุมภาพันธ์ คศ 1998

    สภาพที่เส้นเชื่อมโหนดหันเข้าหาดวงอาทิตย์ หากจะมองจากมุมที่ต่างกันเพื่อช่วยให้เข้าใจได้ชัดเจนยิ่งขึ้นดังรูปข้างล่างนี้

(ภาพที่ 16) จุดที่เรียกว่า descending node คือจุดที่ดวงจันทร์เริ่มเคลื่อนตัวลงครึ่งล่างของระนาบวงโคจร ที่อยู่ใต้ระนาบวงโคจรของโลก จุดที่เป็น ascending node นั้นก็คือจุดที่ดวงจันทร์เริ่มโผล่ขึ้นมาโคจร ในส่วนที่อยู่เหนือระนาบวงโคจรของโลก ภาพโดย Brian Brewer

     จากรูปข้างบนนี้จะเห็นได้ว่า สุริยุปราคาจะเกิดขึ้นได้เมื่อดวงจันทร์มาอยู่แถวๆ descending node และจะเกิดจันทรุปราคา เมื่อดวงจันทร์เคลื่อนตัวอยู่แถวๆ ascending node เขาคำนวณมาว่าหากดวงจันทร์มาอยู่ก่อนหรือหลัง descending node เป็นเวลา 18 3/4 วัน ก็จะทำให้เกิดสุริยุปราคาได้ ช่วงเวลาก่อนหลังที่รวมกันแล้วเป็นเวลา 37 วันครึ่งจึงเรียกว่า eclipse season

     ดวงอาทิตย์นั้นใหญ่กว่าดวงจันทร์ 400 เท่า โดยคิดจากเส้นผ่าศูนย์กลาง ดวงจันทร์ย่อมไม่สามารถบังดวงอาทิตย์ได้ แต่โดยความบังเอิญดวงจันทร์อยู่ใกล้โลกกว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 400 เท่า ด้วยเหตุที่วัตถุที่อยู่ใกล้ย่อมดูใหญ่กว่าวัตถุที่อยู่ไกล โดยทั่วไปแล้วดวงจันทร์จึงสามารถบังดวงอาทิตย์ จนเกิดสุริยุปราคาแบบเต็มดวงได้

    แต่เนื่องจากวงโคจรรอบโลกของดวงจันทร์เป็นวงรี และวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ก็เป็นวงรีเช่นกัน ระยะห่างจึงยืดหยุ่นต่างกันบ้างเล็กน้อย ยามอยู่ใกล้หน่อยก็มีผลทำให้ขนาดของเงาของดวงจันทร์ ใหญ่พอที่จะบังดวงอาทิตย์เกิดเป็นสุริยุปราคาแบบเต็มดวง หรือ Total eclipse ได้ หรือเมื่ออยู่ห่างออกไปหน่อย เงาของดวงจันทร์ก็เล็กลงหน่อยก็บังดวงอาทิตย์อย่างหมิ่นเหม่ไม่มิดดีนัก เกิดเป็นสุริยุปราคาแบบวงแหวน หรือ annular eclipse ขึ้น

(ภาพที่ 17) สุริยุปราคาแบบวงแหวน Annular Eclipse

(ภาพที่ 18) สุริยุปราคาแบบเต็มดวง

   ในบางครั้งเมื่อเกิดสุริยุปราคาเมื่อดวงจันทร์ห่างจากโหนดไปมาก แต่ยังอยู่ในeclipse seasonอยู่ ดวงจันทร์ก็เคลื่อนอยู่สูง หรือต่ำกว่าโลกจนเงาเกือบไม่ตกถึงโลก มีเพียงบางส่วนเท่านั้น ทำให้เห็นดวงอาทิตย์เป็นเสี้ยวเรียกว่า Partial Solar Eclipse

(ภาพที่ 19) สุริยุปราคาแบบเสี้ยว

ภาพทั้งสามข้างบนที่เป็น Diagram โดย Juan Parada; ภาพถ่ายโดย Fred Espanek แห่ง NASA's GSFC

อ้างอิง

NASA's Goddard Space Flight Center(GSFC)'s Eclipse Homepage by Fred Espenak http://sunearth.gsfc.nasa.gov/eclipse/eclipse.html

Bengst Ask http://www.df.lth.se/~bengt/index.shtml

Brian Brewer จากหนังสือ Eclipse http://www.earthview.com/book/bookorder.htm

Steven Henderson http://www.steven.dimitri.henderson.org/

Juan Parada http://members.xoom.com/juan_parada/eclipse/guia/guide2.html

Dr. Nick Strobel, "Astronomynotes.com" http://www.astronomynotes.com/nakedeye/nakedeyc.htm


  ลำดับของตัวเลข กับการค้นพบดาวเคราะห์น้อย

เรามาร่วมกันสัมผัสถึงความน่าพิศวงกับลำดับของตัวเลขง่ายๆ ที่สามารถนำไปสู่การค้นพบดาวเคราะห์น้อยได้อย่างไม่น่าเชื่อ...

ผู้เขียน: จุลสารสนุกวิทย์

ลำดับของตัวเลข กับการค้นพบของดาวน้อย

ทีมา : โครงการพัฒนาอัจฉริยภาพทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสำหรับเด็กและเยาวชน
( Junior Science Talent Project : JSTP )

สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ
111 อุทยานวิทยาศาสตร์ประเทศไทย
ถนนพหลโยธิน ตำบลคลองหนึ่ง อำเภอคลองหลวง
จังหวัดปทุมธานี 12120
http://www.nstda.or.th/jstp

โดย : ทวีนันท์ เชี่ยวชาญชำนาญกิจ, เดชชาติ สามารถ

สวัสดีครับน้องๆ ผู้สนใจวิทยาศาสตร์และความมหัศจรรย์ของธรรมชาติ ในสนุกวิทย์คอลัมน์นี้จะแนะนำให้น้องได้สัมผัสถึงความน่าพิศวงกับลำดับของตัวเลขง่ายๆ ที่สามารถนำไปสู่การค้นพบดาวเคราะห์น้อยได้อย่างไม่น่าเชื่อ โดยลำดับตัวเลขดังกล่าวมาจากกฎของไทเทียส-โบเด้ (Titius-Bode’s Law) ซึ่งหาได้ โดยเริ่มจาก (ลองคิดตามนะครับ) ลำดับ

0 3 6 12 24 48 96 192 384 768

ซึ่งได้จากการเริ่มด้วย 0 และ 3 แล้วตัวเลขถัดไปได้จากการนำสองไปคูณตัวเลขข้างหน้า (หก ได้จากการนำสองไปคูณกับสาม) จากนั้นนำตัวเลขแต่ละตัวบวกด้วยสี่ ก็จะได้ลำดับใหม่คือ

4 7 10 16 28 52 100 196 388 772

จากนั้นนำตัวเลขแต่ละตัวหารด้วยสิบ ก็จะได้

0.4 0.7 1.0 1.6 2.8 5.2 10.0 19.6 38.8 77.2

ลำดับของตัวเลขเหล่านี้มีความสำคัญอย่างไร ลองดูตารางของระยะห่างระหว่างดาวเคราะห์แต่ละดวงกับดวงอาทิตย์ หน่วยเป็น ดาราศาสตร์ (หนึ่งหน่วยดาราศาสตร์ (AU) คือระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ มีค่าประมาณ 150 ล้านกิโลเมตร) เทียบกับตัวเลขในลำดับที่ได้นะครับ



ชื่อดาว

ตัวเลขจากกฏของ ไทเทียบ-โบเต้

ระยะห่างจริง (AU)

พุธ

0.4

0.39

ศุกร์

0.7

0.72

โลก

1.0

1.00

อังคาร

1.6

1.52

ซีรีส*

2.8

2.77

พฤหัส

5.2

5.20

เสาร์

10.0

9.54

ยูเรนัส

19.6

19.2

เนปจูน

38.8

30.06

พลูโต*

77.2

39.44


 *ซีรีส และพลูโต ในปัจจุบันได้ถูกจัดเข้าเป็นดาวเคราะห์แคระ (Dwarf planet)

     จากตารางจะเห็นได้ว่าตัวเลขจากกฎของไทเทียส-โบเด้ กับระยะทางจริงนั้นใกล้เคียงกันมาก (ยกเว้นเนปจูนและพลูโต) โดยในยุคที่ผลงานชิ้นนี้ได้ถูกตีพิมพ์โดย โยฮัน อิเลิต โบเด้ (Johann Elert Bode) เรารู้จักดาวเคราะห์เพียงแค่ดาวพุธ จนถึงดาวเสาร์เท่านั้น ทำให้ผลงานชิ้นนี้ได้รับความสนใจพอสมควร จนกระทั่งในปี ค.ศ. 1781 ก็ได้มีการค้นพบดาวยูเรนัส ซึ่งมีระยะห่างจากดวงอาทิตย์สอดคล้องกับกฎของไทเทียส-โบเด้เป็นอย่างดี ทำให้กฎดังกล่าวเป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวาง อย่างไรก็ตาม ในเวลาดังกล่าว ยังไม่มีใครรู้จักแถบดาวเคราะห์น้อยที่อยู่ระหว่างดาวอังคารกับดาวพฤหัส และเลข 2.8 ในกฎได้ถูกเว้นเอาไว้ ด้วยเหตุนี้เองนักดาราศาสตร์จึงได้ทำการค้นหาดาวเคราะห์ที่ตำแหน่งดังกล่าว และได้พบดาวที่ชื่อว่า “ซีรีส” แต่ก็มีขนาดเล็กมาก และในภายหลังนักดาราศาสตร์ก็ได้ค้นพบดาวเคราะห์น้อยอีกเป็นจำนวนมากในบริเวณดังกล่าว และได้ชื่อว่า “แถบดาวเคราะห์น้อย” โดยในปัจจุบันซีรีสได้ถูกจัดเป็นดาวเคราะห์แคระเช่นเดียวกับดาวพลูโต

    หลังจากนั้นในปี ค.ศ. 1846 ได้มีการค้นพบดาวเนปจูน ซึ่งมีระยะห่างจากดวงอาทิตย์ไม่ตรงตามกฎของไทเทียส-โบเด้ ทำให้กฎนี้เป็นอันตกไป แต่ก็เป็นที่สังเกตภายหลังมีการคนพบดาวพลูโตว่าระยะห่างจากดวงอาทิตย์ของดาวพลูโตนั้นได้ไปสอดคล้องกับค่าที่ทำนายจากกฎของไทเทียส-โบเด้ แต่กลับเป็นค่าที่ทำนายระยะห่างของดาวเนปจูนแทน อย่างไรก็ตามกฎของไทเทียส-โบเด้ ก็ได้ทำให้เกิดการค้นพบดาวซีรีส และแถบดาวเคราะห์น้อยขึ้น

    จะเห็นได้ว่าการหาความสัมพันธ์ของสิ่งต่างๆ กับรูปแบบทางคณิตศาสตร์ที่เรียบง่ายก็สามารถนำไปสู่การค้นพบที่ยิ่งใหญ่ได้เช่นกัน หวังว่าสักวันเด็กตัวน้อยทำกำลังอ่านบทความนี้คงได้คิดอะไรที่ยิ่งใหญ่เช่นนี้ได้เช่นกัน


รูปแสดงลำดับดาวเคราะห์และดาวเคราะห์แคระในระบบสุริยะของเรา โดยขนาดของดาวย่อตามอัตราส่วนจริง แต่ระยะห่างระหว่างดาวไม่ได้ย่อตามอัตราส่วนจริง (รูปนี้ได้นำมาจากองค์การนาซ่า ซึ่งอนุญาตให้เป็นสมบัติสาธารณะและนำมาดัดแปลงเป็นภาษาไทยโดยผู้
เขียนเอง)

เอกสารอ้างอิง
http://en.wikipedia.org/wiki/Titius-Bode_law
http://en.wikipedia.org/wiki/Astronomical_unit


 “วาเลนไทน์” ประวัติความรักอันแสนเศร้าที่ทำให้คนทั้งโลกสุขใจ

ย่างเข้าเดือนกุมภาพันธ์ นอกจากจะมีเทศกาลตรุษจีน หรือวันขึ้นปีใหม่ของชาวจีน ที่ส่งความสุขกันตั้งตั้งแต่ต้นเดือนแล้ว ยังมีเทศกาลส่งความสุขมอบความรักรอทุกท่านในช่วงกลางเดือนอีกด้วย ท่านทราบไหมว่ากว่าจะมาเป็นเทศกาลส่งความรักอย่างที่เราๆรู้จักกันดีว่า “วันวาเลนไทน์"

ผู้เขียน: ศิริรัตน์ ศรีสมบัติ

วาเลนไทน์” ประวัติความรักอันแสนเศร้าที่ทำให้คนทั้งโลกสุขใจ

     ย่างเข้าเดือนกุมภาพันธ์ นอกจากจะมีเทศกาลตรุษจีน หรือวันขึ้นปีใหม่ของชาวจีน ที่ส่งความสุขกันตั้งตั้งแต่ต้นเดือนแล้ว ยังมีเทศกาลส่งความสุขมอบความรักรอทุกท่านในช่วงกลางเดือนอีกด้วย ท่านทราบไหมว่ากว่าจะมาเป็นเทศกาลส่งความรักอย่างที่เราๆรู้จักกันดีว่า “วันวาเลนไทน์”นั้น ประวัติความเป็นมาช่างน่าขื่นขมจนทำให้ต้องมาเผยแพร่เพื่อจะได้รำลึกถึง “นักบุญวาเลนไทน์” (Saint Valentine) ที่สร้างตำนานความรักให้กับผู้คนทั้งโลกกัน

    นอกจากนั้นวันนี้ยังมี "คิวปิด หรือกามเทพ" ซึ่งถือเป็นสัญลักษณ์ของ วันวาเลนไทน์ที่มีชื่อเสียงมากที่สุด คิวปิดเป็นบุตรของวีนัสและมาร์ส  ( ชาวกรีกเรียกคิวปิดว่า อีรอส ) ภาพของคิวปิดที่มนุษย์โลกปัจจุบันได้รู้จักก็คือภาพเด็กน้อยที่ถือคันธนูและลูกศร มีหน้าที่ยิงศรรักให้ปักใจคน ปัจจุบันคิวปิดและธนูของเขากลายมาเป็นเครื่องหมายแห่งความรักที่เป็นที่รู้จักมากที่สุด และความรักของเขามีกล่าวถึงบ่อยในภาพของการยิงศรรัก ระหว่างหัวใจสองดวงให้รักกัน เรียกกันว่า ศรรักคิวปิด เราจึงมาเล่าสู่กันฟังเกี่ยวกับประวัติความเป็นมาและความสำคัญ ของวันนี้กัน

    ตำนานของวันวาเลนไทน์ได้มีประวัติว่า “ในคริสต์ศตวรรษที่ 3 ซึ่งอยู่ใน สมัยกษัตริย์ Claudiusที่ 2 แห่งกรุงโรม ในสมัยนั้นกษัตริย์ Claudius ออกกฎห้าม ให้มีการแต่งงานในเมืองของพระองค์ เพราะกษัตริย์ทรงต้องการทำศึกสงครามทรง ต้องการให้ผู้ชายทุกคนไปเป็นทหาร พระองค์เชื่อว่าถ้าไม่มีการแต่งงานผู้ชายจะสน ใจกับการรบมากขึ้น
นักบุญวาเลนไทน์ขัดบทบัญญัติแห่งกฎหมายของกษัตริย์ ด้วยการเป็นบาทหลวง ในพิธีแต่งงานให้หนุ่มสาวที่ต้องการแต่งงานอย่างลับ ๆ และแล้ววันหนึ่งข่าวการทำ พิธีสมรสของนักบุญวาเลนไทน์ก็รู้ถึงหูของพระเจ้าClaudius พระองค์จึงทรงสั่งทหาร ไปจับเขาไปประหารชีวิต

    ระหว่างอยู่ในคุกมีคู่แต่งงานที่ท่านเคยทำพิธีให้หลายคู่ลอบไปเยี่ยมเยียนท่าน อย่างสม่ำเสมอ และที่นั่นท่านยังได้รู้จักกับหญิงสาวคนหนึ่ง ซึ่งเป็นลูกสาวของผู้คุม เธอมักมาพูดคุยกับท่าน และบอกท่านเสมอ ๆ ว่า การกระทำของท่านถูกต้องแล้ว นักบุญวาเลนไทน์เสียชีวิตเมื่อวันที่ 14 กุมภาพันธ์ ในปี 296 A.D. ในคุกแห่งนั้น เอง ก่อนตายท่านได้ฝากโน๊ตสั้น ๆ ถึงเพื่อนของท่าน และลงท้ายว่า "Love from your Valentine”

    ส่วนอีกตำนานหนึ่งได้กล่าวถึงประวัติวาเลนไทน์ไว้ว่า “มีผู้นำคริสตชนคนหนึ่งชื่อ “วาเลนตินัส” เขาเป็นคนที่มีความรักและความเมตตาต่อเพื่อนมนุษย์มาก โดยทุกๆ วันเขาจะแอบนำอาหารและของใช้ที่จำเป็นไปวางไว้ประตูหน้าบ้านของคนยากจนโดยไม่ให้คนเหล่านั้นรู้ ซึ่งในสมัยนั้น ศาสนาคริสต์ยังไม่เป็นที่ยอมรับในจักรวรรดิโรมัน และถือว่าใครที่นับถือศาสนาคริสต์จะมีความผิดร้ายแรงมาก พวกคริสตนชนจึงถูกข่มเหงและทารุณกรรมอย่างหนักเพื่อบังคับให้เลิกเป็นคริสต์ ใครที่ไม่ยอมเลิกนับถือคริสต์จะถูกทรมานและฆ่าทิ้ง “วาเลนตินัส” ก็รวมอยู่ในกลุ่มขบวนการถูกขู่เข็ญและทรมานบังคับให้เลิกนับถือศาสนาคริสต์ แต่เขาไม่ยอมจึงถูกจับเข้าคุกในข้อหาเป็นคริสตชน

 

     ในขณะที่วาเลนตินัสถูกจับขังคุกนั้น เขาได้พบรักกับสาวตาบอดซึ่งเธอเป็นลูกสาวของผู้คุมในนั้นและด้วยความรักและคำอธิษฐานของเขาพระเจ้าได้ทรงโปรดรักษาตาของคนรักของเขาให้หายเป็นปกติ จากเหตุการณ์นี้เองจึงทำให้ผู้คุมและครอบครัวของเขาหันมานับเชื่อพระเจ้าของชาวคริสต์ ต่อมาเรื่องนี้รู้ถึงจักรพรรดิคลอดิอุสที่ 2 ของโรม พระองค์ทรงกริ้วมาก ได้สั่งให้ลงโทษวาเลนตินัสอย่างหนักด้วยการโบยและนำไปประหารชีวิตด้วยการตัดศีรษะ ในคืนสุดท้ายก่อนที่เขาจะถูกนำไปประหารนั้น วาเลนตินัส ได้เขียนจดหมายสั้นๆ เป็นการอำลาส่งไปให้เพื่อนหญิงคนรักของเขา และลงท้ายในจดหมายว่า “จากวาเลนไทน์ของเธอ”

    รุ่งขึ้นของเช้าวันที่ 14 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 270 วาเลนตินัสก็ถูกนำไปตัดศีรษะและเอาศพไปฝังไว้ที่เฟลมิเนี่ยนเวย์ ซึ่งภายหลังมีการสร้างโบสถ์หลังใหญ่คร่อมสุสานของเขาไว้เพื่อเป็นอนุสรณ์รำลึกถึงชีวิตและความรักอันยิ่งใหญ่ของเขา  ด้วยเหตุนี้จึงทำให้คนทั่วประทับใจกับความรักของเขาจึงยึดถือเอาวันที่ 14 กุมภาพันธ์ ของทุกปีเป็น “วันวาเลนไทน์” ภาษาอังกฤษเรียกว่า Saint Valentine’s Day หรือ Valentine ‘s Day หรือ “วันแห่งความรัก” ซึ่งต่อมาได้นิยมแพร่หลายไปทั่วยุโรปและอเมริกา และเข้ามาในทวีปเอเชีย และประเทศไทยด้วย

     ส่วนสาเหตุที่ดอกกุหลาบเป็นสัญลักษณ์สำหรับวาเลนไทน์นั้น มีเหตุมาจากในศาสนาคริสต์เชื่อกันว่า ในสมัยที่พระเยซูถูกตรึงไม้กางเขนอยู่นั้น พระโลหิตได้ไหลหยดลงบนต้นหญ้ามอสส์และได้บังเกิดเป็นต้นกุหลาบที่มีดอกสีแดงสด จึงมีการเรียกขานกุหลาบชนิดนี้ว่า "กุหลาบมอสส์" นอกจากนี้ยังมีการสู้รบกันระหว่าง 2 ตระกูลใหญ่ คือราชวงศ์ยอร์ค ซึ่งใช้สัญลักษณ์เป็นดอกกุหลาบขาว และราชวงศ์แลงแคสเตอร์ ใช้ดอก
กุหลาบแดงเป็นสัญลักษณ์ และได้เรียกสงครามครั้งนี้ว่า "สงครามกุหลาบ" ซึ่งเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 1948-2028 และในสมัยต่อมา พวกกุหลาบแดงได้มาแต่งงานกับพวกกุหลาบขาว ซึ่งในปัจจุบันกุหลาบได้ถือเป็นดอกไม้ประจำชาติของชาวอังกฤษไป

     บางตำนานนั้นได้กล่าวถึงดอกกุหลาบไว้ว่าด้วยความที่กุหลาบมีมาตั้งแต่สมัยโบราณกาลแล้ว จึงทำให้ความสวยงามของดอกและกลิ่นอันชวนพิสมัยของราชินีแห่งดอกไม้นี้  เป็นที่เลื่องลือมาช้านาน และล้วนกล่าวถึงความงามเป็นสื่อที่แสดงถึงความสุข ความมีไมตรีจิต ความน่ารักความสวยงาม การบูชา และการเกี้ยวพาราสี ดังนั้น กุหลาบจึงเป็นเสมือนตัวแทนแห่งความรัก และความอมตะ จนมีตำนานกล่าวขานกันต่าง ๆ นานา ตั้งแต่สมัยกรีก ตำนานเล่าว่า "คลอรีส" เทพธิดาแห่งดอกไม้ ได้บันดาลให้ร่างของนางไม้กลายเป็นกุหลาบ และยกให้เป็นราชินีของดอกไม้ จากนั้นต่อมาก็มีการมอบดอกกุหลาบแก่ "อีรอส" ลูกชาย ซึ่งเป็นเทพแห่งความรัก

     โดยในประเทศไทยนั้นไม่ทราบแน่ชัดว่า มีกุหลาบมาตั้งแต่สมัยใด หากแต่มีการบันทึกของราชทูตฝรั่งเศส ในสมัยสมเด็จพระนารายณ์มหาราช ว่าได้เห็นดอกกุหลาบอยู่ในกรุงศรีอยุธยา และอีกหลายแห่งที่ปรากฎหลักฐานว่า มีกุหลาบเข้ามาเมืองไทยแล้วก็คือ กาพย์ห่อโคลงนิราศธารโศก ซึ่งเป็นพระราชนิพนธ์ของเจ้าฟ้าธรรมาธิเบศร์ที่ได้กล่าวถึงความงามของดอกกุหลาบไว้ด้วย นอกจากนั้นยังมีเรื่องราวเล่าขานถึงความงดงามของดอกกุหลาบไว้โดยปรากฏอยู่ในพระราชนิพนธ์ ของพระมหาธีราชเจ้า รัชกาลที่ 6 ในเรื่อง "มัทนะพาธา" หรือ "ตำนานดอกกุหลาบ" ซึ่งได้ปรากฏชัดว่าดอกกุหลาบได้กลายเป็นดอกไม้ที่นิยมไปทั่วโลก

      ซึ่งหากเราจะแปลความหมายจากสีของดอกกุหลาบแล้วนั้นจะพบว่าแต่ละสีมีความหมายที่แตกต่างกันไปดังนี้

  • กุหลาบแดง หมายถึง ความรักและความปรารถนา เป็นดอกไม้ของคิวปิดและอีรอส (คุณกามเทพไง) เป็นสิ่งนำโชคมาสู่ผู้หญิงที่ได้รับ
  • กุหลาบขาว หมายถึง ความมีเสน่ห์ ความบริสุทธิ์ ความเงียบสงบ และนำโชคมาสู่ผู้หญิงที่ได้รับเช่นเดียวกับดอกกุหลาบแดง
  • กุหลาบสีชมพู หมายถึง ความรักที่มีความสุขอย่างสมบูรณ์ที่สุด
  • กุหลาบสีเหลืองหรือสีส้ม หมายถึง ความรักร้อนแรงและยาวนาน ไม่จืดจาง หวานชื่น และมีความสุข

นอกจากนี้ ยังมีดอกไม้อื่นๆ ที่ถูกมาใช้แทนความหมายแห่งความรักนั้นก็คือ  

  • ดอกทิวลิบสีแดง (red tulib) ชาวตะวันตกใช้มันแทนการประกาศความรักอย่างเปิดเผย คล้าย ๆ กับดอกกุหลาบแดง
  • ดอกคาร์เนชั่นสีชมพู(pink carnation) ใช้สื่อความหมายว่า “ถึงอย่างไรผมก็ยังรักคุณ” หรือ “คุณยังอยู่ในหัวใจฉันเสมอ”
  • ดอกลิลลี่สีขาว (white lilly) แสดงความรักแบบบริสุทธ์ เช่นเดียวกันกับดอกกุหลาบขาว   นอกจากนั้นลิลลี่สีขาวยังแสดงถึงความรักแบบอ่อนหวานจริงใจ และเทอดทูน และมักถูกใช้แทนประโยคที่ว่า “ฉันรู้สึกดี ๆ ที่ได้ได้รู้จัก และอยู่ใกล้คุณ “ 
  • ดอก forget-me–not มีความหมายตรงตัวคือได้โปรดอย่าลืมฉัน และอย่าลืมความรู้สึกดี ๆ ที่เคยมีให้กัน

   และดอกไม้ที่เห็นได้ทั่วไปในประเทศไทยเช่น  ดอกทานตะวัน นั้น ก็ยังนิยมนำมามอบเพื่อแสดงความรักต่อกัน โดยหมายความว่าเป็นความรักแบบคลั่งไคล้ ความรักแบบบูชา

    แต่สำหรับชาวตะวันตก ดอกทานตะวันจะหมายถึงความเข้มแข็งอดทน จึงสามารถใช้แทนความรักที่ต้องฝ่าฟันกว่าจะได้ความรักมา

    นอกจากดอกไม้ที่นำมามอบให้กันเพื่อแสดงถึงความรักแล้วนั้น โดยประเพณีของหนุ่ม-สาวชาวอาทิตย์อุทัย หรือชาวญี่ปุ่นนั่นเองจะแตกต่างกับ ชาติอื่น ๆ คือในวันที่ 14 กุมภาพันธ์ หรือ วันวาเลนไทน์ สาว ๆ จะเป็นคนให้ ช็อกโกเลต (Chocolate) รูปหัวใจขนาดเล็ก-ใหญ่ แล้วแต่ความชอบน้อย-มาก โดยตัวเองจะเป็นคนทำ๙อกโกเลตเองเพื่อมอบแก่หนุ่ม ๆ ที่เธอชอบ  ซึ่งวันนั้นหนุ่ม ๆ ยิ้มกันแก้มปริกันเป็นแถวเลย หลังจากวันนั้นอีกหนึ่งเดือนคือวันที่ 14 มีนาคมหนุ่ม ๆ ก็จะมอบดอกกุหลาบ เพื่อเป็นการขอบคุณสาวผู้ให้เป็นการตอบแทน 

     ประวัติวาเลนไทน์ของแต่ละประเทศก็จะมีเรื่องราวตำนานที่แตกต่างกันออกไป รวมทั้งประเพณีปฏิบัติจากเดิม พอถึงวันวานเลนไทน์ก็มีช่อดอกกุหลาบมามอบให้แก่คนที่คุณรัก ต่อมา ดอกกุหลาบที่เป็นช่อก็กลายเป็นดอกกุหลาบก้านยาวซึ่งมีราคาแพงนำมามอบเป็นของขวัญแก่กัน  วาเลนไทน์ปีนี้นอกจากจะมีดอกไม้ที่สวยงามแล้ว ทางวิชาการดอทคอมขอแนะนำว่าในภาวะเศรษฐกิจที่ทุกคนต้องประหยัด ทุกท่านลองส่งการ์ดที่ตนเองทำพร้อมกับของขวัญเล็กๆน้อยๆส่งอวยพรคนที่คุณรัก รับรองว่าผู้ที่ได้รับต้องดีใจมากกว่าได้รับดอกกุหลาบดอกเดียวแต่ราคาหลายพันเป็นไหนๆ

 


ขยะอิเล็กทรอนิกส์ ...อันตรายที่มาพร้อมกับนวัตกรรมล้ำหน้า

    นวัตกรรมและเทคโนโลยีซึ่งเปลี่ยนแปลงและพัฒนาอย่างรวดเร็ว กำลังถูกแลกมาด้วยการทำร้ายสิ่งแวดล้อมควบคู่กันไป ควรหยุดคิดสักนิดถึงพฤติกรรมการบริโภคที่จะก่อเกิดขยะอันตรายลำลายล้างยาก

     การเข้ามาแทนที่ของจอมอนิเตอร์แบบ LCD มือถือระบบ 3 G  CPU core duo นวัตกรรมและเทคโนโลยีซึ่งเปลี่ยนแปลงและพัฒนาอย่างรวดเร็วเหล่านี้ เร่งให้สินค้าอิเล็กทรอนิกส์อยู่ในสภาพตกรุ่นเร็วยิ่งขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง “คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล” และ “โทรศัพท์มือถือ”

Credit : http://www.econbrowser.com/

    เมื่อครั้งยังเป็นของที่ใช้งานได้  อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้ถือว่าเป็นเทคโนโลยีชั้นสูง เมื่อเปลี่ยนสถานะเป็นขยะ ก็ยังคงความล้ำหน้าเป็นขยะที่ไม่ธรรมดาเช่นกัน ด้วยการกำจัดที่ซับซ้อน พรั่งพร้อมไปด้วยอันตราย สมศักดิ์ศรีของการเป็นขยะอิเล็กทรอนิกส์

     ความทันสมัยของเทคโนโลยี กำลังถูกแลกมาด้วยการทำร้ายสิ่งแวดล้อมควบคู่กันไป

     ขยะอิเล็กทรอนิกส์ หรือ Electronic Waste (E-Waste) หมายถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่เป็นที่ต้องการแล้ว หรือหมดอายุการใช้งานจากสภาพที่ชำรุดไปตามกาลเวลา ประเด็นที่น่าวิตกคือชิ้นส่วนของอุปกรณ์เหล่านี้ ไม่สามารถย่อยสลายตามธรรมชาติได้ อันตรายจึงเกิดขึ้นเมื่อมีการจัดการที่ไม่เหมาะสม ทำให้สารโลหะหนัก สารพิษ ไอพิษ หรือสิ่งตกค้างอื่นๆ ที่เป็นส่วนประกอบ อาจรั่วไหลไปสู่แหล่งน้ำและดิน ทำให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมและส่งผลต่อสุขภาพอนามัยของคนในท้องถิ่นเป็นอย่างมาก 


Credit : http://www.foreignpolicy.com/

สำหรับธาตุต่างๆ ที่เป็นอันตรายพบได้ในขยะอิเล็กทรอนิกส์ มีดังต่อไปนี้

  • ตะกั่ว : เป็นส่วนประกอบของการบัดกรีร่วมกับดีบุกในแผงวงจร พบได้ในลวดบัดกรี จอมอนิเตอร์ CRT (ตะกั่วในแก้ว) แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด
    ดีบุก : ลวดบัดกรี
  • แคดเมียม: เป็นส่วนประกอบของแบตเตอรี่บางประเภท
  • สารทนไฟซึ่งทำจากโบรมีน : ซึ่งใช้ในกล่องสายไฟ แผงวงจรและตัวเชื่อมตัว อาจเป็นพิษและสะสมในสิ่งมีชีวิต ถ้ามีทองแดงร่วมด้วย จะเพิ่มความเสี่ยงในการเกิดไดอ๊อกซินและฟิวแรนระหว่างการเผา
  • เบริลเลียม : ใช้ในสปริงและตัวเชื่อม แผ่นหน้าของหลอดรังสีแคโทด
  • สารหนู (arsenic) : ใช้ในแผงวงจรไฟฟ้าของโทรศัพท์มือถือและคอมพิวเตอร์
  • ทองแดง : สายทองแดง ลายทองแดงบนแผ่นวงจรพิมพ์
  • อะลูมิเนียม : สินค้าอิเล็กทรอนิกส์เกือบทั้งหมดจะใช้กำลังไฟฟ้ามากกว่าสองสามวัตต์ จึงต้องใช้แผ่นครีบระบายความร้อน (heatsink)
  • เหล็ก : โครงเหล็กกล้า, ตัวถัง ชิ้นส่วนภายนอก
  • ซิลิกอน : แก้ว ทรานซิสเตอร์ ไอซี แผ่นวงจรพิมพ์
  • นิกเกิล แคดเมียม : แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมแบบชาร์จได้ ฝุ่นนิกเกิลถูกจัดว่าเป็นสารก่อมะเร็งในสัตว์ทดลอง
  • ลิเทียม : องค์ประกอบของแบตเตอรี่ แบตเตอรีลิเทียม-ไอออน
  • สังกะสี : ชุบส่วนเหล็กกล้า
  • ทองคำ : ชุบขั้วต่อ, เดิมใช้ในอุปกรณ์คอมพิวเตอร์
  • อเมริเซียม : เตือนควัน (แหล่งกัมมันตรังสี)
  • เยอรมาเนียม : ในทศวรรษ 1950 – 1960 มีการใช้สารกึ่งตัวนำเป็นวัสดุในการทำทรานซิสเตอร์
  • ปรอท : หลอดฟลูออเรสเซนต์ สวิตช์เอียง  เกมพินบอลล์ ที่กดกริ่งประตูแบบเชิงกล
  • กำมะถัน : แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด
  • คาร์บอน : เหล็กกล้า พลาสติก รีซิสเตอร์ ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แทบทุกชิ้น

      แม้ขยะเหล่านี้จะเป็นอันตราย แต่ต้องไม่ลืมว่าอีกด้านหนึ่งหากมีกระบวนการจัดการที่เหมาะสม จะสามารถสกัดแยกโลหะมีค่าออกจากซากขยะเหล่านี้ได้ อย่างกรณี ประเทศญี่ปุ่น ที่สามารถสกัดแยกทองคำ 1 กิโลกรัมได้จากโทรศัพท์มือถือจำนวน 2 แสนเครื่อง รวมทั้งการสกัดแยกทองคำ พาลาเดียม และทองแดง จากชิ้นส่วนตัวต้านทานในวงจรคอมพิวเตอร์ 

     แต่ในปัจจุบัน ความสามารถในการสกัดแยกโลหะด้วยวิธีที่มีคุณภาพไม่ส่งกระทบด้านลบต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพยังอยู่ในวงจำกัดเท่านั้น

ปลายทางของขยะอิเล็กทรอนิกส์

     เมื่อมนุษย์เป็นผู้สร้างขยะอิเล็กทรอนิกส์ให้เพิ่มปริมาณมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง กระบวนการในการจัดการ ที่มีความเป็นธรรม เหมาะสม และรับผิดชอบต่อสิ่งแวดล้อมจึงเป็นเรื่องที่ควรตระหนักอย่างที่สุด  หลากหลายรูปแบบในการจัดการขยะเหล่านั้น ผลกระทบที่ตามมาก็มีความแตกต่างกัน

การฝังกลบ : หากไม่มีการทำลายขยะอิเล็กทรอนิกส์เหล่านั้นให้มีฤทธิ์เป็นกลาง ก่อนที่จะใส่ในหลุมกลบที่มีคุณภาพ ไม่มีการรั่วซึมออกมาสู่ระบบน้ำใต้ดิน พร้อมการเฝ้าระวังต่อเนื่องที่ต้องใช้งบประมาณสูง สารพิษในขยะเหล่านั้นจะรั่วไหล ปนเปื้อนสู่สิ่งแวดล้อมในชุมชนได้
 
การเผา : การเผาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่ถูกต้องนับว่าเป็นอันตรายอย่างมาก ทำให้โลหะหนักอย่าง ตะกั่ว แคดเมียม และสารปรอท กลายเป็นเถ้าถ่านและแพร่กระจายเข้าสู่บรรยากาศได้   สารปรอท หากสะสมตัวอยู่ในห่วงโซ่อาหารหรือเมื่อตกค้างอยู่ที่สัตว์น้ำซึ่งเป็นอาหารของมนุษย์ ก็จะเป็นการแพร่สารปรอทมาสู่คนได้ รวมทั้งขยะอิเล็กทรอนิกส์ที่มีส่วนประกอบของสารทนไฟซึ่งทำจากโบรมีน หากทำการเผาก็จะทำให้เกิดการแพร่กระจายของสารโบรไมเนตไดอ๊อกซินและสารฟิวแรน หรือถ้ามีส่วนประกอบของของพลาสติก PVC ก็จะทำให้เกิดการแพร่กระจายของสารไดอ๊อกซินคลอไรด์และสารฟิวแรนที่เป็นอันตรายอีกเช่นกัน

การนำมาใช้ใหม่ : วิธีนี้ช่วยยืดอายุของผลิตภัณฑ์ และลดทรัพยากรที่ต้องเสียไปหากมีการต้องทำขึ้นมาใหม่ แต่บ่อยครั้งการนำกลับมาใช้ใหม่กลับเป็นปัญหาให้กับประเทศที่กำลังพัฒนา เมื่อเป็นผู้รับเอาสินค้าที่มีอายุการใช้งานเหลือน้อย ก็ต้องเจอกับปัญหาใหญ่ในการจัดการกับขยะเหล่านี้เมื่อหมดสภาพการใช้งาน

Credit :  http://www.ecoaction.com.au/




 



 

รีไซเคิล : ช่วยประหยัดทรัพยากรและลดการเพิ่มขึ้นของขยะอันตรายได้ด้วยการนำของเก่าที่ยังดีมาใช้ใหม่ สำหรับประเทศที่พัฒนาแล้ว การรีไซเคิลจะทำในโรงงานที่มีออกแบบมาโดยเฉพาะ ภายใต้การควบคุมตามมาตรฐาน แต่ในประเทศที่ยังไม่พัฒนากลับพบการแยกขยะที่ทำกันที่แหล่งแยกขยะตามมีตามเกิด รวมทั้งการรีไซเคิลโดยปราศจากความรู้และการป้องกันอันตรายที่ดี  กระบวนการที่ไม่ถูกต้องย่อมนำผลที่ไม่ดีตามมา  คนงานจะได้รับสารพิษโดยตรง อีกทั้งยังส่งผลไปถึงสิ่งแวดล้อมในชุมชนอีกด้วย

ส่งออก : ต้องยอมรับว่าต้นทุนในการกำจัดขยะในประเทศกำลังพัฒนาถูกมากเมื่อเทียบกับการที่ประเทศพัฒนาเหล่านั้นต้องจัดการกับขยะอันตรายเอง จึงเกิดการส่งออกขยะอิเล็กทรอนิกส์จากประเทศพัฒนาแล้วไปสู่ปลายทางยังตะวันออกไกล  อินเดีย อัฟริกา ที่ที่มีกฎหมายเกี่ยวกับการจัดการมลพิษและสิ่งแวดล้อมไม่รัดกุม  และหลายครั้งเป็นการละเมิดอนุสัญญาบาเซล  หรือทำไปด้วยความเห็นแก่ตัวไม่คำนึงถึงศีลธรรม ซึ่งการรีไซเคิลในประเทศเหล่านี้มักกระทำกันโดยประชาชน ที่ไม่มีความรู้เกี่ยวกับอันตรายในการคัดแยกชิ้นส่วนขยะอิเล็กทรอนิกส์  จึงทำกันโดยปราศจากอุปกรณ์ป้องกันอันตรายจากขยะเหล่านั้น

Credit :  http://www.commongroundmag.com/ and http://www.inspiringmen.com/

รูปที่ 1 จีนผู้ซึ่งได้ชื่อว่าเป็นสุสานขยะอิเล็กทรอนิกส์ เมืองต่างๆในจีนหลายแหล่งเป็นแหล่งรองรับขยะที่รีไซเคิลได้แทบทุกประเภท  จอภาพซีอาร์ที (CRT) กองสุมเต็มไปหมด  ซากขยะที่เต็มไปด้วยมีตะกั่วและสารพิษอื่นๆ น่าเศร้าที่ในหมู่คนแยกขยะเหล่านั้นมีเด็กรวมอยู่ด้วย

Credit :  http://www.crisscrossed.net/

รูปที่ 2 ประเทศอินเดีย ท่ามกลางกองไฟหลายกอง เป็นการรีไซเคิลขยะอิเล็กทรอนิกส์ โดยการย่างแผงวงจรไฟฟ้า ด้วยความร้อนเพื่อแยกเอาตะกั่วกลับมาใช้ใหม่

Credit :  http://www.ehponline.org/

รูปที่ 3 ในอาฟริกา การทุบเศษซากขยะที่ซื้อมา เพื่อแยกเอาส่วนที่ขายได้ เช่น ทองแดง ไดร์ฟและชิพความจำ  ออกมาก่อนที่จะดึงลวดทั้งหมดออก แล้วทำการเผาพลาสติกเพื่อเอาเฉพาะลวดทองแดง เนื่องจากผู้รับซื้อ จะซื้อสายทองแดงที่ได้ทำการเผาเอาพลาสติกหุ้มออกแล้วเท่านั้น ซึ่งชิ้นส่วนที่กระจายอยู่ทั่วพื้นมีทั้งตะกั่ว และแคดเมียม

เมื่อต้องเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

     เป็นที่สังเกตได้ชัดว่ากระแสตื่นตัวเรื่องการรักษาสิ่งแวดล้อมในปัจจุบัน สังคมได้ให้ความสำคัญกับกิจกรรมที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น “สินค้าและบริการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม” จึงเป็นอีกทางเลือกของผู้บริโภค




    สินค้าที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม คือผลิตภัณฑ์ที่มีการจัดการทรัพยากรการผลิตให้ที่มุ่งเน้นการประหยัดพลังงาน และรักษาสิ่งแวดล้อม โดยใช้กระบวนการทางเทคโนโลยีสะอาด อีกทั้งที่ระหว่างการใช้งานจะต้องลดการปล่อยของเสียและมลพิษ รวมทั้งเลือกใช้บรรจุภัณฑ์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และที่สำคัญคือการให้ผู้ผลิต ต้องรองรับการเก็บขยะอิเล็กทรอนิกส์และต้องรับผิดชอบในการรับคืนซากของผลิตภัณฑ์ที่ไม่ใช้งานแล้ว เพื่อรีไซเคิลหรือกำจัดอย่างปลอดภัย

    และเป็นที่น่ายินดีว่า หลายประเทศทั่วโลกได้ตื่นตัวที่จะรับมือกับปัญหาขยะอิเล็กทรอนิกส์จริงจังขึ้น เห็นได้จากการออกกฎระเบียบและมาตรการต่างๆ ที่หวังจะให้ขยะอิเล็กทรอนิกส์ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์ลดลง

    กลุ่มสหภาพยุโรป ได้มีการออกกฎระเบียบและมาตรการ เช่น WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment Directive) รวมทั้ง RoHS (Restriction of Hazardous Substances Directive) ซึ่งเป็นระเบียบว่าด้วยเศษซากผลิตภัณฑ์เครื่องใช้ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ และระเบียบว่าด้วยการกำจัดการใช้สารที่เป็นสารอันตรายบางประเภท โดยที่ผลิตภัณฑ์เครื่องใช้ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถวางจำหน่ายในตลาดของประเทศในกลุ่มอียูได้จะต้องมีกระบวนการผลิตที่ไม่ทำลายสิ่งแวดล้อม โดยกำหนดให้มีมาตรการกำจัดขยะเหล่านี้อย่างถูกวิธี  โดยในอนาคต WEEE มีเป้าหมายที่ต้องการให้ผู้ผลิตคำนึงถึงตลอดช่วงของวงจรชีวิตการใช้งานของผลิตภัณฑ์  และไปจนถึงเมื่อหมดสภาพการใช้งาน เพื่อให้การออกแบผลิตภัณฑ์มีประสิทธิภาพมากขึ้นในด้านของสิ่งแวดล้อม
 

Credit : http://www.alibaba.com/

     ในอนาคต WEEE มีเป้าหมายที่ต้องการให้ผู้ผลิตคำนึงถึงตลอดช่วงของวงจรชีวิตการใช้งานของผลิตภัณฑ์  และไปจนถึงเมื่อหมดสภาพการใช้งาน เพื่อให้การออกแบผลิตภัณฑ์มีประสิทธิภาพมากขึ้นในด้านของสิ่งแวดล้อม

     ประเทศในเอเชีย หลายประเทศมีการออกกฎหมายและมาตรการต่างๆเพื่อรองรับขยะอิเล็กทรอนิกส์ขึ้น มีการศึกษาถึงแนวทางที่จะสรรหามาตรการที่เหมาะสม รวมทั้งการกระตุ้นให้หน่วยงานรัฐบังคับใช้กฎหมายอย่างจริงจัง

     สำหรับประเทศไทย หนึ่งในประเทศที่เป็นปลายทางของขยะอิเล็กทรอนิกส์  เมื่อวันพุธที่ 9พฤษภาคม 2550 มีการขอเสนอญัตติให้สภานิติบัญญัติแห่งชาติพิจารณาปัญหามลพิษ จากขยะและของเสียอันตรายการประชุมสภานิติบัญญัติแห่งชาติ

    แผนร่างกฎหมายที่จะใช้ควบคุมประเด็นปัญหาของขยะอิเล็กทรอนิกส์ของไทยอยู่ภายใต้ความรับผิดชอบของ กรมควบคุมมลพิษ(คพ.) และกระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม(ทส.) ได้ทำการร่างแผนยุทธศาสตร์การจัดการของเสียและขยะอิเล็กทรอนิกส์และนำส่งให้คณะกรรมการสิ่งแวดล้อมแห่งชาติพิจารณา แต่ถึงขณะนี้ยังไม่มีการประกาศบังคับใช้แต่อย่างใด  สำหรับเนื้อหาใน พรบ. การดูแลซากผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์แนวทางการควบคุมที่ต้นทาง โดยการเรียกเก็บค่าธรรมเนียม ภาษี จากผู้นำเข้าสินค้าและผู้ผลิตเพื่อจำหน่ายในประเทศ แล้วนำเงินไปบริหารจัดการ การควบคุมที่ปลายทาง จะสนับสนุนให้เกิดโรงแยกขยะแบบครบวงจรจากแหล่งกำเนิดและพื้นที่ต่างๆ ในประเทศ

    คงต้องลุ้นและเอาใจช่วยให้ พรบ.การดูแลซากผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ ถือกำเนิดขึ้นในประเทศไทยไวๆ เพราะนั้นหมายถึงอนาคตที่ดีของสิ่งแวดล้อม ดีกว่ารอมาตราหรือการได้รับประโยชน์จากกฎหมายขยะอิเล็กทรอนิกส์จากต่างประเทศอย่างเดียว


  เอช ทู โอ และ วงจรปฏิจจสมุปบาท

 

ลานวัดลานวิทย์


โดยนักทีมวิจัย 


    สวัสดีครับเพื่อนๆ ห่างหายกันไปนานสามเดือน กลับมาพบกันอีกครั้งในลานวัดลาน-วิทย์ บล็อกโหมด (blog mode) ครับ เพื่อนๆ อย่าว่ากันนะครับ หากลานวัดลานวิทย์ตอนนี้มีแต่น้ำไม่ค่อยมีเนื้อ?! ทำไมเหรอครับ ก็เพราะเรื่องที่เราจะพูดในวันนี้เกี่ยวข้องกับน้ำ หรือเฮชทูโอหรือที่ออกเสียงว่า วอเทอร์ (water) ในภาษาอังกฤษนั่นเอง

    เมื่อไม่กี่วันก่อน ผมได้มีโอกาสชมรายการโทรทัศน์ย้อนหลังผ่านอินเตอร์เน็ต รายการกบนอกกะลา ซึ่งเป็นสารคดีที่พาผู้ชมสืบเสาะหาต้นตอของสิ่งต่างๆ หรือประเด็นที่หยิบขึ้นมาในสัปดาห์นั้นๆ อย่างตอนที่ผมดู เขาว่ากันด้วยเรื่อง น้ำประปาครับ พิธีกรก็เอาเลยครับ บุกไปถึงโรงผลิตน้ำประปาแห่งแรกของประเทศไทย แล้วยังพาไปปู้น... ขึ้นเขาที่จังหวัดเชียงใหม่ ไปดูตาน้ำที่เป็นแหล่งกำเนิดของน้ำดิบที่นำมาผลิตน้ำประปา แต่จากที่เล่ามานี้นะครับ พอจะนึกออกไหมครับว่า แล้วน้ำที่มันผุดมาจากตาน้ำปุดๆ นี่ มันมาจากไหน แล้วก่อนหน้านั้นมันมีที่มาอย่างไร พอพูดถึงตรงนี้ ก็หนีไม่พ้นเลยครับ เรื่องวัฏจักรน้ำ


ภาพที่ 2 วัฏจักรน้ำ ในประเทศเขตหนาวแหล่งน้ำจากยอดเขาอาจเป็นก้อนน้ำแข็งที่ละลายตัวลง แต่ในประเทศไทยจะเป็นตาน้ำที่ไหลออกมาจากดินที่มีความชุ่มชื้น

    หากเรียนมัธยมต้นผ่านมาแล้ว ก็อาจจะยังจำได้ชัดเจน หรือเลือนราง ไม่ว่ากันครับ เรามาทบทวนกันอีกครั้งหนึ่ง เมื่อสักครู่ ผมหยุดไว้ตรงที่ตาน้ำ ซึ่งน้ำที่ผุดออกมาคงไม่ได้เกิดจากใครแอบเอาสายยางต่อไปสอดไว้ (ขำไหมครับ -*-) สูงสุดยอดดอยขนาดนั้น คงไม่มีใครจะหอบเอาน้ำขึ้นไปใส่แท็งก์ต่อสายยางได้อย่างแน่นอน มันจะเป็นอะไรไปเสียไม่ได้นอกจากฝนครับ ไม่ใช่ ฝน ธนสุนทร ด้วย (ขำอีกรอบ) แต่เป็นฝนที่ตกพรำๆ จากเมฆฝน เมื่อความชื้นซึมผ่านดิน ก็ถูกซึมซับเอาไว้ด้วยต้นไม้ ซึ่งสุดท้ายก็หลั่งไหลออกมาเป็นน้ำที่ผุดออกจากตาน้ำจากหลายตารวมกันเข้า ก็กลายเป็นสาย เป็นลำธาร เป็นน้ำตกเป็นแม่น้ำ ให้เด็กกระโดดเล่นที่จังหวัดตาก ให้แม่ค้าล้างผักที่นครสวรรค์ ก่อนจะถูกดูดมาทำน้ำประปาที่กรุงเทพฯ

     มันไม่ใช่แต่เท่านั้นสิครับ หลังจากที่ผ่านกระบวนการทำให้เป็นน้ำประปา เฮชทูโอ เหล่านี้ ก็ยังถูกดันผ่านท่อ ไปออกที่ปั๊มน้ำมันของตาแช่ม เข้าสู่ระบบ ล้างรถอัตโนมัติ น้ำที่ชะล้างทำความสะอาดรถ ก็ไหลลงท่อระบายน้ำต่อ สู่แม่น้ำเจ้าพระยา น้ำบางโมเลกุลโชคดี ที่ถูกดูดกลับไปทำน้ำประปาใหม่ (อื่ม) แต่อีกหลายโมเลกุลก็ไหลไปตามยถากรรม จนในที่สุด ก็ลงสู่อ่าวไทย การผจญภัยของน้องน้ำ ยังไม่จบเพียงเท่านั้น เมื่อโดนแสงแดดแผดเผาเข้า น้ำบางส่วนที่เคยมีสถานะเป็นของเหลวสุดจะทานไหว สุดท้ายระเหยกลายเป็นไอน้ำในอากาศ และในที่สุด ก็จับตัวกันเป็นก้อนเมฆ น้องน้ำดีใจใหญ่ได้ขึ้นสู่ที่สูงอีกครั้ง แต่หลังจากผ่านลมพัดพาไปสองสามวัน ในที่สุด สูงสุดคืนสู่สามัญ หยดน้ำก็พรำลงบนดินอีกครั้ง แต่ดินที่นี่มันคุ้นๆ เหมือนที่ที่เคยจากมา ถูกต้องครับ น้องน้ำได้กลับมาสู่ยอดดอยแห่งเมืองนพบุรีศรีนครพิงค์ เชียงใหม่อีกครั้ง แล้วก็ดูดซับไหลไปออกที่ตาน้ำตามเดิม

     การผจญภัยของน้องน้ำในฉบับย่อก็จบลงแต่เพียงเท่านี้ จริงๆ แล้ววัฏจักรน้ำ ซับซ้อนกว่านี้มากครับ น้ำอาจจะไม่ได้ไปออกบ้านตาแช่ม แต่ไปออกบ้านเจ๊เกียวกลายไปเป็นน้ำในหม้อก๋วยเตี๋ยว ก่อนจะถูกดื่มกินด้วยนายดำ แล้วระเหยเป็นไอน้ำผ่านออกมาทางลมหายใจออก แล้วไปรวมกับเมฆฝนก็เป็นได้ใครจะรู้ ทางเลือกของน้องน้ำมีมากมาย แต่วิถีแห่งน้ำฉบับย่อนี้ ก็ได้ให้คำตอบแก่คำถามที่ผมกล่าวไว้ข้างต้นว่า น้ำจากตาน้ำมาจากไหน ถูกต้องครับ มาจากฝน แล้วก่อนที่จะเป็นฝนมันก็เป็นน้ำดีมาบ้าง น้ำเสียบ้าง น้ำในห้วยหนองคลองบึงบอระเพ็ดบ้าง หลากหลายชะตาชีวิต ซึ่งไล่ไปมาก็เวียนวนไม่พ้นวัฏจักรของน้ำนี่เอง ซึ่งหากน้องหนึ่งจะตอบคุณครูหน้าชั้นว่าน้ำปุดที่ตาน้ำ มาจากเมฆฝน หากเป็นเช่นนั้น น้องสองก็คงจะไม่ผิดเช่นกันหากจะตอบว่ามาจากน้ำประปาบ้านตาแช่ม

     ลักษณะการเกิดวนเวียนกันเป็นวัฏจักรแบบนี้ มีอยู่รายล้อมตัวเราเต็มไปหมด หรือแม้กระทั่งที่เกิดในตัวเราเอง ไม่ว่าจะเป็นวัฏจักรของคาร์บอนดังที่ได้เคยกล่าวมาแล้วในตอนก่อนๆ การหมุนเวียนของสารตัวกลางในวัฏจักรเครปแห่งกระบวนการหายใจระดับเซลล์ วงจรการอัดระเบิดของเครื่องยนต์สี่จังหวะการหมุนเวียนของเงินในตลาดที่อัฐยายอาจจะซื้อขนมยายเข้าในสักวัน ซึ่งหลายครั้งก็เหมือนจะเดาไม่ออกว่าอะไรเกิดขึ้นก่อนอะไร อย่างวงจรชีวิตของไก่และไข่ เป็นต้น หากเราจะฟันธงลงไปว่าอะไรเกิดจากอะไรแล้ว เราอาจจะถูกเถียงต่อได้ แต่ที่แน่ๆ เราอธิบายได้ว่าสมาชิกต่างๆ ที่ปรากฏในวงจร ต่างล้วนแล้วแต่อาศัยกันเกิด ถ้าไม่มีไก่ ไข่ก็เกิดไม่ได้ และในทางกลับกันถ้าไม่มีไข่ จะให้ไก่งอกออกมาจากกอไผ่ก็คงจะไม่เข้าที และการอิงอาศัยกันเกิดนี้ อาจจะสรุปออกมาเป็นกฎของธรรมชาติอย่างหนึ่ง ที่เรียกว่ากฎแห่งการอาศัยกันเกิด ซึ่งในเรื่องนี้เอง ก็ได้ถูกกล่าวเอาไว้ในพระพุทธศาสนา ในเรื่องของปฏิจจสมุปบาท (ในที่สุดก็วกเข้าเรื่องพุทธได้ซะที - -“)



ภาพที่ 3  ตัวอย่างวงจรวัฏจักรคาร์บอน ที่แต่ละขั้นตอนต่างอิงอาศัยกันเกิดอย่างเกี่ยวเนื่องกัน


    "ปฏิจจสมุปบาท" แปลว่าธรรม (สรรพสิ่ง รูปธรรม นามธรรม ใดๆ ก็ตาม) อันอิงอาศัยกันเกิด โดยไม่ได้มีสิ่งใดสิ่งหนึ่งเกิดขึ้นอย่างเดี่ยวๆ ปฏิจจสมุปบาทอาจจะตีออกได้เป็นสองประเด็นนะครับ คือ ปฏิจจสมุปบาทที่หมายถึงอาการสิบสองประการอันอิงอาศัยกันเกิดเป็นวงจรแห่งความทุกข์ ซึ่งมักจะถูกอธิบายจากความไม่รู้แจ้งในธรรมชาติของสรรพสิ่ง คืออวิชชา จนนำไปสู่ชรามรณะ แล้วกลับวกกลับไปสู่อวิชชาใหม่ (สามารถศึกษาเพิ่มเติมได้จากหนังสือเรื่อง ปฏิจจสมุปบาท สำหรับคนรุ่นใหม่ ของพระภาสกร ภูริวฑฺโน (ภาวิไล) หรือในอีกประเด็นหนึ่งคือหมายถึงสภาพธรรมชาติทั้งหลาย อันมีการอิงอาศัยกันเกินเป็นปกติ โดยไม่ได้มีสิ่งใดสิ่งหนึ่งผุดขึ้นอย่างเป็นอิสระ ประเด็นหลังนี่เองครับ ที่ครอบคลุมไปถึงวัฏจักรของน้ำวัฏจักรของคาร์บอน และวงจรต่างๆ ที่ได้กล่าวมาเมื่อสักครู่นี้


    เพื่อนๆ อาจมองเห็นว่ามีปรากฏการณ์ต่างๆ มากมายที่รอบล้อมและฝังอยู่ในตัวเราที่มีลักษณะเป็นวัฏจักร ตามหลักปฏิจจสมุปบาท แต่หากมองให้ดีแล้ว ไม่ว่าเพื่อนๆ จะยกอะไรขึ้นมาก็ตาม ไม่ว่าจะเป็นสิ่งของจับต้องได้ หรือเป็นนามธรรมที่มองไม่เห็น ล้วนแล้วแต่หลีกไม่พ้นปรากฏการณ์ตามหลักปฏิจจสมุปบาททั้งสิ้น หมู เห็ด เป็ด ไก่ แม้แต่ตัวเราเอง ยกตัวอย่างง่ายๆ เช่นตัวของผมเอง หากไม่มีเนื้อหนังที่ประกอบขึ้นมาเป็นตัวผม ผมก็จะไม่สามารถมานั่งเล่าเรื่องอยู่ตรงนี้ได้ แต่ก่อนที่จะมาเป็นตัวผม ก็ต้องมีพ่อแม่ที่ให้เลือดเนื้อเชื้อไข แต่หากแม่ของผมเกิดมาไม่ทันนัดเพราะมัวแต่ทำผมนานเกินไป แม่ก็อาจจะไม่ได้เจอกับพ่อ และถ้าช่างทำผมเกิดมือช้า แม่ผมก็คงจะทำผมเสร็จไม่ทัน แต่หากวันนั้นช่างที่ทำผมไม่ได้รับการฝึกฝนมาจากสถาบันสอนทำผมที่มีชื่อเสียง ช่างก็คงจะไม่มือเร็วเช่นนี้ เป็นต้น เพื่อนๆ ลองหยิบยกประเด็นอะไรก็ได้ขึ้นมาสิครับแล้วลองไล่ดู จะเห็นว่าไม่มีอะไรเลยที่ไม่อิงอาศัยสิ่งอื่นเกิด และสิ่งที่ยกขึ้นมาก็จะเป็นต้นตอของการเกิดสิ่งอื่นๆ ต่อไปได้อีกด้วย

    พูดมาถึงตรงนี้ สิ่งหนึ่งที่เพื่อนๆ อาจมองเห็นคือ แท้จริงแล้วธรรมะในพระพุทธศาสนา ก็คือการอธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติอย่างมีเหตุผล อย่างยอมรับความเป็นจริง ซึ่งมีส่วนคล้ายกับวิทยาศาสตร์ เพียงแต่ความมุ่งหมาย วิธีการ และอื่นๆ อาจจะต่างกันไป แต่ที่เด่นชัดคือพระพุทธศาสนาเน้นลงไปที่เรื่องของใจ เพราะแนวคิดของพระพุทธศาสนาคือ สุขหรือทุกข์ตัวแปรเพียงตัวเดียวที่สำคัญคือ ใจเท่านั้น ความสุขที่เกิดจากการปรนเปรอภายนอก ที่ใครดลบันดาล ที่ต้องเติมให้เต็มนั้น เป็นความสุขชั่ววูบและไม่อิ่ม

    ต้องขออภัยเพื่อนๆ ที่เข้าไปชมสเปส (space) ของนักทัมวิจัยด้วยนะครับ ที่แทบจะยังไม่ได้อัพเดทข้อมูลอะไรข้างในเลย ตอนนี้ค่อนข้างยุ่งด้วยครับ แต่อย่างไรก็จะพยายามเอาสิ่งที่น่าสนใจตามสไตล์ของผมเองเพิ่มเข้าไปนะครับ เพื่อนๆ สามารถเพิ่มคอนแท็กไว้ได้นะครับที่สเปสของผมครับ http://nak-dham-wijai.spaces.live.com/ หรือหากจะอีเมลล์คุยกัน มีข้อติชมใด หรือเพิ่มรายชื่อเพื่อนในเอ็มเอสเอ็นเพื่อดูการอัพเดทสเปสก็ทำได้ครับ ตามที่อยู่อีเมลล์นี้ nak-dham-wijai@hotmail.com ขอพระพุทธคุณ พระธรรมคุณ พระอริยสังฆคุณ



ไดโนเสาร์ บรรพบุรุษของนก จริงหรือ ???
ไดโนเสาร์ที่เราคุ้นเคยน่ะหรือคือ บรรพบุรุษของนกที่เราเห็นกันในปัจจุบัน ฟังดูแล้วเป็นเรื่องเหลือเชื่อจริงๆ สัตว์บกดึกดำบรรพ์ที่มีรูปร่างคล้ายสัตว์เลื้อยคลานเช่นนั้น จะพลิกผันมาเป็นบรรพบุรุษของนกหลายชนิดที่บินไปมาในท้องฟ้าได้อย่างไร....

ผู้เขียน: เกศทิพย์ อิศรางกูร ณ อยุธยา (ท๊อป)



โดย เกศทิพย์ อิศรางกูร ณ อยุธยา (ท้อป) 

     ไดโนเสาร์ที่เราคุ้นเคยกันในหนังเรื่องจูราสสิคพาร์คนี่น่ะหรือคือ บรรพบุรุษของนกที่เราเห็นกันในปัจจุบัน ฟังดูแล้วเป็นเรื่องเหลือเชื่อจริงๆ สัตว์บกดึกดำบรรพ์ที่มีรูปร่างคล้ายสัตว์เลื้อยคลานเช่นนั้น จะพลิกผันมาเป็นบรรพบุรุษของนกหลายชนิดที่บินไปมาในท้องฟ้าได้อย่างไร ถ้าเรื่องนี้ไม่มีข้อพิสูจน์ก็ยากที่เห็นว่าเป็นจริงได้ทีเดียว!

    “ถ้าอย่างนั้นไดโนเสาร์ที่ว่าสูญพันธุ์ไปแล้วแท้จริงมันไม่ได้สูญหายไปไหน หากแต่วิวัฒน์เป็นนกใช่หรือไม่?” ฉันเองและอีกหลายๆ คนคงตั้งคำถามนี้ไว้ในใจ ข้อพิสูจน์ในเรื่องนี้ของนักวิทยาศาสตร์ในสาขาต่างๆ อาทิ บรรพชีวินวิทยา ชีววิทยา ปักษีวิทยา ธรรมชาติวิทยา และโบราณวิทยาที่มีต่อการวิเคราะห์ฟอสซิลที่ขุดพบชวนให้น่าติดตาม เพื่อดูว่าบทสรุปสุดท้ายแท้จริงแล้ว... ไดโนเสาร์เป็นบรรพบุรุษของนกจริงหรือไม่?

    เดิมนักวิทยาศาสตร์จัดนกไว้ใน Phylum Chordata และอยู่ใน Class เดียวกับสัตว์เลื้อยคลาน เนื่องจากที่ขาและนิ้วเท้าของนกปกคลุมด้วยเกล็ดแข็งซึ่งมีลักษณะไม่แตกต่างไปจากสัตว์เลื้อยคลาน แต่ต่างกันที่นกนั้นมีขน (ขนในที่นี้หมายถึงขนที่มี ลักษณะเป็นขนนกนะ ไม่ใช่ขนเหมือนขนของสัตว์บก เช่น สุนัขหรือแมว) แล้วยังมีปีกและจะงอยปาก หรือโครงสร้างของกระดูกที่คล้ายคลึงแต่ไม่เหมือนกันเสียทีเดียวดังนั้น ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์จึงจัดนกไว้ใน Class Aves และจัดสัตว์เลื้อยคลานไว้ใน Class Reptilia

เมื่อกล่าวถึงวิวัฒนาการของไดโนเสาร์สู่นก ก็จำเป็นที่จะต้องพูด J.H. Osborn ซึ่งเป็นนักชีววิทยาคนแรกที่คิดว่าทายาทของไดโนเสาร์คือ นก Osborn ได้ความคิดนี้มาจากการศึกษาฟอสซิลของซากนกดึกดำบรรพ์ที่มีชื่อเสียงที่สุดที่ชื่อว่า Archaeopteryx ซึ่งถูกขุดพบที่เมือง Solnhofen ในแคว้น Bavaria ทางตอนใต้ของประเทศเยอรมนีเมื่อปี พ.ศ. 2404 Osborn พบว่ากระดูกของ Archaeopteryx ซึ่งเป็นสัตว์ที่เคยมีชีวิตอยู่ในช่วง Jurassic Period เมื่อประมาณ 140-150 ล้านปีก่อน มีลักษณะคล้ายคลึงกับกระดูกของไดโนเสาร์มาก รูปร่างคล้ายนกกระปูด ขนาดประมาณอีกาตัวโต ขอบปีกมน หางค่อนข้างยาว มีขนปกคลุมลำตัว ขาและนิ้วเท้าเหมือนนก แต่ก็ยังมีลักษณะที่บ่งชัดว่าเหมือนกับสัตว์เลื้อยคลาน เช่น ลักษณะปาก มีฟันแหลมคม หางประกอบด้วยท่อนกระดูกหลายท่อนรวมทั้งกระดูกคอที่แตกต่างจากกระดูกคอของนก ที่ปลายปีกมีนิ้วเท้าข้างละ 3 นิ้ว Osborn จึงคิดว่า Archaeopteryx น่าจะมีวิวัฒนาการมาจากไดโนเสาร์สายพันธุ์ Theropod โดยปีกวิวัฒนาการมาจากขาหน้าของไดโนเสาร์

ฉันขอเริ่มเรื่องวิวัฒนาการจากไดโนเสาร์สู่นกด้วยการอ้างอิงถึงการขุดพบฟอสซิลของสัตว์ชนิดหนึ่งที่อาศัยอยู่ในช่วง Triassic Period ประมาณ 225 ล้านปีก่อน นักวิทยาศาสตร์เรียกสัตว์ชนิดนี้ว่า Psudosuchian ซึ่งเป็นสัตว์เลื้อยคลานขนาดเล็กที่เดินด้วยขาคู่หลัง มีลักษณะแตกต่างกันและแบ่งออกได้เป็นหลายชนิด แต่ในที่นี้ฉันจะขอกล่าวถึงเฉพาะชนิดที่อาศัยอยู่บนต้นไม้ ด้วยวิวัฒนาการที่ผ่านไปหลายร้อยล้านปีจึงทำให้รูปร่างของมันค่อยๆ เปลี่ยนแปลงไปเพื่อให้เหมาะกับการใช้ชีวิตบนต้นไม้ โดยการใช้ขาคู่หน้าซึ่งเล็กกว่าโหนหรือเหนี่ยวกิ่งไม้เพื่อจับแมลงหรือโยนตัวจากกิ่งหนึ่งไปยังอีกกิ่งหนึ่ง จึงทำให้ขาคู่หน้าของมันยาวขึ้นรวมทั้งเล็บที่ใหญ่และแข็งแรงขึ้น แต่ขากรรไกรกลับเล็กลงเพื่อให้มีน้ำหนักเบาและมีสมดุลต่อการบิน สมองเจริญดีขึ้น และยังสามารถควบคุมอุณหภูมิภายในร่างกายให้คงที่ได้แม้อุณหภูมิภายนอกจะเปลี่ยนแปลง ด้วยเหตุนี้มันจึงสามารถจับแมลงที่เย็นจนแข็งและสามารถอาศัยอยู่บนต้นไม้ที่มีลมพัดแรงได้ ดังนั้น จากที่มันเคยมีเกล็ดปกคลุมร่างกาย จึงค่อยๆ เปลี่ยนไปเป็นขนนกเพื่อให้ความอบอุ่นแก่ร่างกาย โดยขนที่ขาคู่หน้าและหางจะค่อนข้างยาวเพื่อช่วยในการทรงตัวบนต้นไม้ ร่อนจากกิ่งไม้ และกลายเป็นบินได้ในที่สุด วิวัฒนาการของการเปลี่ยนแปลงนี้กินเวลาหลายร้อยล้านปี กว่าสัตว์เลื้อยคลานเดินดินจะกลายมาเป็นวิหคเหินเวหาในปัจจุบัน!

วิวัฒนาการของไดโนเสาร์ที่มีลักษณะบ่งบอกถึงความคล้ายคลึงกับนก

 

     จากบทความของ ดร.เยาวลักษณ์ ชัยมณี กรมทรัพยากรธรณี ที่ลงพิมพ์ในนิตยสารสารคดี เดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2544 ได้กล่าวถึงวิวัฒนาการของไดโนเสาร์ที่มีลักษณะบ่งบอกถึงความคล้ายคลึงกับนก โดยอ้างอิงการค้นพบฟอสซิลของไดโนเสาร์กินเนื้อหลายชนิดของศาสตราจารย์ Ji แห่งสถาบันธรณีวิทยาแห่งสาธารณรัฐประชาชนจีน ที่เมืองเหลียวหนิง ทางตะวันออกเฉียงเหนือของสาธารณรัฐประชาชนจีนเมื่อปี พ.ศ. 2544 ไดโนเสาร์ดังกล่าวมีขนหรือโครงสร้างที่คล้ายขนห่อหุ้มลำตัว แต่ยังบินไม่ได้ในชั้นหินชุดยี่เซียนในช่วงตอนปลาย Jurassic Period อายุประมาณ 125-147 ล้านปีก่อน ชั้นหินชุดยี่เซียนนี้เกิดจากการทับถมของตะกอนในทะเลสาปสลับกับชั้นเถ้าถ่านของภูเขาไฟ ทำให้มีคุณสมบัติพิเศษคือมีเนื้อละเอียดทำให้ช่วยเก็บรักษาร่องรอยของเนื้อเยื่อที่อ่อนนุ่มของสัตว์ไว้ได้ จึงทำให้ฟอสซิลหลายชนิดทั้งสัตว์บก สัตว์ปีก และสัตว์น้ำที่พบในชั้นหินชุดนี้ยังคงมีสภาพสมบูรณ์ แม้แต่ลำไส้ของสัตว์ก็ยังสามารถถูกเก็บรักษาไว้ได้ด้วย ฉันว่านับเป็นเรื่องที่โชคดีมากๆ ที่นักวิทยาศาสตร์สามารถขุดพบฟอสซิลของสิ่งมีชีวิตในชั้นหินชุดนี้ ฉันมั่นใจว่ามนุษย์ปัจจุบันอย่างพวกเราต้องได้ประโยชน์อะไรอีกมากมายจากร่องรอยของวิวัฒนาการในอดีตของสิ่งมีชีวิตต่อโลกใบนี้


จากฟอสซิลที่ขุดพบบ่งบอกว่าเป็นไดโนเสาร์กินเนื้อที่มีสิ่งที่ “คล้ายขน” ปกคลุมร่างกาย ที่เรียกเช่นนี้เพราะลักษณะยังไม่ใช่ขนแท้จริง เพียงแต่เป็นลักษณะที่เรียกว่า “ก่อนขนนก (proto-feather)” คือเป็นเส้นประสานกันเหมือนร่างแหบริเวณส่วนหัว คอ หลัง และหาง นับเป็นไดโนเสาร์ชนิดแรกที่มีขน นักวิทยาศาสตร์ได้ให้ชื่อไดโนเสาร์ชนิดนี้ว่า Sinosauropteryx และในหินชุดเดียวกันนี้ยังพบฟอสซิลไดโนเสาร์อีก 2 ชนิดคือ Caudipteryx และ Protoarchaeopteryx อยู่ในกลุ่มโดรมีโอซอร์ ซึ่งมีขนห่อหุ้มลำตัวที่มีลักษณะเหมือนขนนก โดย Caudipteryx มีขนเล็กๆ อยู่บริเวณนิ้วมือและขนพู่คล้ายพัดบริเวณปลายหาง ส่วน Protoarchaeopteryx มีลักษณะขนที่พัฒนาเหมือนขนนกมากขึ้นในตำแหน่งเดียวกับ Caudipteryx นอกจากนี้ ยังขุดพบฟอสซิล Sinornithosaurus ซึ่งเป็นไดโนเสารใ์นกลุ่มโดรมีโีอซอร์ อีกเช่นกัน ลักษณะที่พบคือมีขนกระจายตามลำตัว ลักษณะทั้งหมดที่กล่าวมาแสดงถึงความสัมพันธ์อย่างแน่ชัดของวิวัฒนาการจากไดโนเสาร์ที่มีขนแต่ยังบินไม่ได้ซึ่งเป็นต้นกำเนิดของนก จึงสามารถพูดได้ว่า “ขนนก” มีมาก่อน “กำเนิดนก” โดยในระยะแรกขนนกอาจพัฒนาขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์อื่นที่ไม่ใช่เพื่อการบิน เช่น เพื่อให้ความอบอุ่นร่างกาย เพื่อดึงดูดเพศตรงข้าม เพื่อท้าทายคู่ต่อสู้ หรือเพื่อป้องกันการโจมตีของศัตรู




     ตัวอย่างของไดโนเสาร์ที่มีลักษณะคล้ายนกไม่ใช่มีเท่าที่กล่าวมานี้เท่านั้นนะ ยังมีการขุดพบไดโนเสาร์อีกหลายสายพันธุ์อื่นที่มีลักษณะคล้ายนกเช่นกัน ฉันขอยกตัวอย่างที่แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงทางสรีระของไดโนเสาร์ที่คล้ายนกอีกสักตัวอย่างหนึ่งนะ คือ เมื่อปี พ.ศ. 2548 สองปีที่ผ่านมานี่เอง ซิงซี๋ว์ ซึ่งเป็นนักบรรพชีวินวิทยาจากบัณฑิตยสถานด้านวิทยาศาสตร์ในปักกิ่งได้ขุดพบฟอสซิลไดโนเสาร์กินเนื้อตระกูล Oviraptorosauria ในแอ่งเอ้อเหลียนในเขตปกครองตนเองมองโกเลียใน (ซึ่งเป็นบริเวณที่อุดมไปด้วยฟอสซิล)



    นับเป็นไดโนเสาร์สายพันธุ์ใหม่ที่ชื่อ Gigantoraptor erlianensis มีลักษณะคล้ายนกขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยพบมา ตายเมื่ออายุ 11 ปี โดยดูจากวงปีของกระดูกขา มีอายุอยู่ในช่วงปลาย Cretaceous Period ประมาณ 65-100 ล้านปีก่อน ลักษณะที่พบ คือมีจะงอยปาก มีฟันและมีขนกระจายทั่วตัว หนัก 1,400 กิโลกรัม สูง 5 เมตร มีขนาดใกล้เคียงกับ Tyrannosaurus และหนักกว่าไดโนเสาร์ชนิดคล้ายคลึงกันถึง 35 เท่า ฉันว่าเป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นนะที่มนุษย์ในปัจจุบันอย่างพวกเราได้ขุดพบฟอสซิล ของสัตว์ดึกดำบรรพ์ซึ่งเป็นหลักฐานสำคัญของวิวัฒนาการไดโนเสาร์สู่นก จึงทำให้พวกเราได้มีโอกาสศึกษาและทราบถึงการเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างของสัตว์ดึกดำบรรพ์เหล่านั้น ที่ครั้งหนึ่งเคยอยู่บนดินแต่ในที่สุดกลับไปใช้ชีวิตอยู่บนท้องฟ้า!




ข้างต้นได้กล่าวไปแล้วถึงลักษณะของไดโนเสาร์ที่คล้ายนก คราวนี้ฉันจะขอกล่าวถึงนกที่มีลักษณะคล้ายไดโนเสาร์บ้าง เพื่อเชื่อมโยงให้เห็นถึงลักษณะร่วมของสัตว์ทั้งสองประเภท นกตัวที่ว่านี้โบราณกว่านกที่ชื่อ Archaeopteryx lithographica นกตัวนี้มีชื่อว่า Protoavis texensis เคยมีชีวิตในตอนปลายของ Triassic Period ประมาณ 225-210 ล้านปีก่อน ขุดพบที่รัฐเท็กซัส ประเทศสหรัฐอเมริกา ตัวยาวประมาณ 35 เซนติเมตร มีฟันแหลมคม มีขนปกคลุมลำตัว คาดว่าเป็นสัตว์หากินกลางคืน (Paul, 2002; Witmer, 2002) ตาโตคล้ายตาของนกฮูกและอยู่ในตำแหน่งด้านหน้าของกะโหลกที่มีขนาดเล็กแต่เรียวยาวและแข็งแรง คอมีลักษณะเป็นรูปตัว S มีนิ้วที่ปลายปีกข้างละ 3 นิ้ว และเมื่อพิจารณาโครงสร้างของเล็บแล้วทำให้ทราบว่ามันสามารถปีนต้นไม้ได้ นับว่า Protoavis texensis เป็นฟอสซิลของนกดึกดำบรรพ์ที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่เคยพบมา (Chatterjee, 1999)

     ขอย้อนกลับไปถึง Archaeopteryx นกดึกดำบรรพ์ที่มีลักษณะร่วมระหว่างไดโนเสาร์กับนกซึ่งเป็นที่รู้จักกันดี Dr. Angella Milner ผู้เชี่ยวชาญด้านสัตว์โบราณชาวอังกฤษ แห่งพิพิธภัณฑ์ธรรมชาติวิทยาในกรุงลอนดอน ประเทศอังกฤษ ร่วมกับคณะนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยเท็กซัส วิทยาเขตออสติน ได้ทำการวิเคราะห์ลักษณะสมองของสัตว์ดึกดำบรรพ์ชนิดนี้ด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อพิสูจน์ว่ามันสามารถบินได้จริงหรือไม่ โดยการตัดส่วนโพรงสมองยาวประมาณ 2 เซนติเมตรออกจากฟอสซิลที่ค้นพบในประเทศเยอรมนี แล้วใช้คอมพิวเตอร์สร้างภาพจำลองสมองแบบสามมิติ และพบว่ารูปทรงของสมองและความสามารถในการรับประสาทสัมผัสรวมทั้งหูส่วนในที่เชื่อมต่อกันอย่างสมดุล ล้วนมีลักษณะใกล้เคียงกับสมองของสัตว์ที่พัฒนาเป็นนกอย่างเต็มที่ Dr. Milner จึงสรุปแน่ชัดว่า Archaeopteryx นกดึกดำบรรพ์ ที่พัฒนามาจากไดโนเสาร์นี้สามารถบินได้จริง



ไดโนเสาร์เป็นสัตว์เลือดอุ่นหรือเลือดเย็น?

ยังมีอีกประเด็นหนึ่งที่ยังเป็นข้อถกเถียงกันอยู่ระหว่างนักวิทยาศาสตร์ และฉันเห็นว่าเป็นเรื่องที่น่าสนใจจึงขอหยิบขึ้นมากล่าวถึงด้วยคือ ไดโนเสาร์เป็นสัตว์เลือดอุ่นหรือเลือดเย็น? จากการที่ไดโนเสาร์สามารถอพยพไปในที่ต่างๆ ที่มีภูมิอากาศและสภาพแวดล้อมแตกต่างกันและสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ ทำให้นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่ามันน่าจะเป็นสัตว์เลือดอุ่น เพราะการอพยพต้องใช้พลังงานสูงซึ่งจะกระทำได้ดีเฉพาะสัตว์เลือดอุ่นเท่านั้น ซึ่งข้อสันนิษฐานที่ลงความเห็นเป็นเสียงเดียวกันคือ ไดโนเสาร์ไม่ได้เป็นสัตว์เลือดเย็นร้อยเปอร์เซ็นต์ แต่เป็นสัตว์เลือดเย็นที่เตรียมจะวิวัฒนาการเป็นสัตว์เลือดอุ่นจึงทำให้มันสามารถปรับตัวได้ในทุกสภาวะ นั่นสินะ...ไม่อย่างนั้น มันคงไม่สามารถปรับตัวให้คงทนต่อสภาพภูมิอากาศของโลกที่เปลี่ยนแปลงได้ถึง 150 ล้านปี!

กรอบข้างล่างนี้เป็นส่วนหนึ่งของการวิเคราะห์ของนักวิทยาศาสตร์ที่มีต่อวิวัฒนาการของไดโนเสาร์สู่นก ฉันเห็นว่าน่าสนใจจึงได้หยิบยกมาให้อ่านกัน

โดย Alan Feduccia นักชีววิทยาชาวอเมริกัน
ภาควิชาชีววิทยา, North Carolina University, สหรัฐอเมริกา
: กระดูกเพดานปากยาวขึ้น
: กระดูกสะโพก 3 ส่วนเชื่อมกัน
: ข้อต่อระหว่างหัวไหล่และแขนชี้ไปด้านหลัง
: หัวไหล่ยาวขึ้นประมาณ 1 ใน 3 ของความยาวกระดูกแขนท่อนบน
: ข้อต่อกระดูกนิ้วชี้มี 2-3 ท่อน
: เบ้าสะโพกของท่อนขาส่วนบนมีขนาดใหญ่
: กระดูกท่อนขาล่างมีขนาดแตกต่างกัน


โดย Alan Feduccia นักชีววิทยาชาวอเมริกัน
ภาควิชาชีววิทยา, North Carolina University, สหรัฐอเมริกา
: กระดูกเพดานปากยาวขึ้น
: กระดูกสะโพก 3 ส่วนเชื่อมกัน
: ข้อต่อระหว่างหัวไหล่และแขนชี้ไปด้านหลัง
: หัวไหล่ยาวขึ้นประมาณ 1 ใน 3 ของความยาวกระดูกแขนท่อนบน
: ข้อต่อกระดูกนิ้วชี้มี 2-3 ท่อน
: เบ้าสะโพกของท่อนขาส่วนบนมีขนาดใหญ่
: กระดูกท่อนขาล่างมีขนาดแตกต่างกัน


และจากการที่ฉันได้ค้นคว้าข้อมูลของไดโนเสาร์กลายเป็นนกจากตำราวิชาการและหนังสือที่เกี่ยวข้อง จึงทำให้ทราบว่ามีไดโนเสาร์หลายสายพันธุ์ที่มีลักษณะคล้ายนกและมีแนวโน้มที่จะพัฒนาเป็นนก เช่น Velociraptor mongoliensis, Compsognathus longipes, Chonchraptor gravilis, Archaeornithomimus asiaticus, Troodon formosus เป็นต้น ฉันจึงได้ลองนำลักษณะบางส่วนทั้งทางกายภาพและโครงสร้างของสัตว์ทั้งสองประเภทนี้มาเปรียบเทียบดู ปรากฏว่ามีความเปลี่ยนแปลงที่เห็นได้ชัด คือ

  • ลำตัวพัฒนาจากเกล็ดเป็นขนนกโดยเริ่มจากลักษณะขนที่เป็นร่างแหกลายเป็นเหมือนขนนกปัจจุบันปากพัฒนาเป็นจะงอยโดยเริ่มจากมีฟันแหลมคมกลายเป็นไม่มีฟัน
  • ภายในกะโหลกพัฒนาจากทึบกลายเป็นมีโพรง
  • ลักษณะหัวกะโหลกพัฒนาจากแบนกลายเป็นโหนก
  • โครงกระดูกพัฒนาให้มีขนาดเล็กลงและจากตันเป็นกลวงเพื่อให้มีน้ำหนักเบา ลำตัวเล็กลงและเพรียวขึ้น
  • กระดูกสะโพกทั้ง 3 ส่วนพัฒนาเชื่อมติดกันและชี้ไปด้านหลังเหมือนสะโพกนก
  • กระดูกส่วนอกพัฒนาเชื่อมติดกันและมีสันสูงตรงกลาง
  • ขาหน้าพัฒนายืดออกกลายเป็นปีกเพื่อร่อนระหว่างกิ่งไม้จนสามารถบินได้
  • นิ้วเท้าที่แผ่พัฒนางองุ้มเหมือนเท้านกและเล็บมีความแหลมคมเหมาะกับการเกาะกิ่งไม้
  • นิ้วเท้ามี 3 นิ้วเช่นกัน และนิ้วเท้าที่ปลายปีกพัฒนาหดหายไป
  • นกยุคแรกจะยังบินไม่คล่องแคล่วและกินเนื้อเป็นอาหาร ต่อมาการบินพัฒนามากขึ้นและเริ่มกินเมล็ดเพืช


    นอกจากนี้ ฉันยังมีภาพการเปลี่ยนแปลงของลักษณะโครงสร้าง เช่น ขาหน้าไปสู่ปีก สะโพก กระดูก อก และนิ้วของสัตว์ทั้งสองประเภทมาเปรียบเทียบเพื่อให้เห็นภาพของวิวัฒนาการจากไดโนเสาร์ไปเป็นนกได้ชัดเจนยิ่งขึ้น


    วิวัฒนาการของไดโนเสาร์สู่นกเป็นตัวอย่างหนึ่งของวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต แม้ทุกสภาพชีวิตจะมีการเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างของยีนส์อยู่แล้วโดยธรรมชาติ แต่หากสภาพแวดล้อม เช่น ภูมิอากาศ อาหาร พื้นที่ที่สิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่นั้นมีการเปลี่ยนแปลง สิ่งมีชีวิตก็จำเป็นต้องมีการปรับตัวเพื่อความอยู่รอด ก็ยิ่งทำให้การเปลี่ยนแปลงนั้นชัดเจนยิ่งขึ้น ไดโนเสาร์ปรับตัวให้มีขนและบินได้เพื่อจับแมลงเป็นอาหารอาจเนื่องจากอาหารเดิมของมันหมดไป และเพื่อสร้างความอบอุ่นให้ร่างกาย แล้วมนุษย์ล่ะ...หากอาหารของมนุษย์ เช่น กุ้ง หอย ปู ปลา ไก่ หมู เหล่านี้หมดไป ผนวกกับการดำรงชีวิตอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไป (ก็มนุษย์เองนั่นแหละที่เป็นผู้ทำให้มันเป็นไป)



มนุษย์อาจต้องปรับตัวโดยการหันมากินอาหารหรือดำรงชีวิตในลักษณะที่ต่างไปจากเดิม แล้วมนุษย์จะมีสภาพร่างกายที่แตกต่างไปจากที่เป็นอยู่แค่ไหน... ใครจะรู้!

ข้อมูลอ้างอิง

  1. ขอขอบพระคุณ ดร.วราวุธ สุธีธร ผู้อำนวยการสำนักวิจัยซากดึกดำบรรพ์และพิพิธภัณฑ์ธรณีวิทยา กรมทรัพยากรธณี ที่กรุณาให้ความอนุเคราะห์ตำราวิชาการไดโนเสาร์เพื่อการศึกษาค้นคว้า
  2. ขอขอบพระคุณ ดร.เยาวลักษณ์ ชัยมณี นักธรณีวิทยาระดับ 8 สำนักธรณีวิทยา กรมทรัพยากรธรณี ที่กรุณาให้ความรู้และตรวจทานความถูกต้องของเนื้อหา
  3. Alan Feduccia, The Origin and Evolution of Birds, second edition, Yale University Press, New Haven and
    London, 1999
  4. Philip J. Currie, The Flying Dinosaurs, Red Deer College Press, 1990
  5. Gregory S. Paul, The Scientific American Book of Dinosaurs, Byron Preiss Visual Publications, 2000
  6. คุณากร วิณิชย์วิรุฬห์, National Geographic ฉบับภาษาไทย “โฉมหน้าใหม่ไดโนเสาร์”, โรงพิมพ์ บริษัท อมรินทร์พริ้นติ้งแอนด์พับลิชชิ่ง จำกัด (มหาชน), 2548
  7. http://www.sarakadee.com/feature/2001/07/new_dinosaur.htm
  8. http://www.bloggang.com/viewdairy.php
  9. http:/203.172.174.251/~it4939010021/bird_31.html
  10. http:web.ku.ac.th/schoolnet/snet4/july8/dinobrd.htm
  11. http://www.dmr.go.th/
  12. http://www.showded.com/myprofile/mainblog.php
  13. http://www.school.net.th/library/snet4/dinosaur/jack.htm
  14. http://www.creationinthecrossfire.org/Articles/RiseofBirds.html
  15. http://en.wikipedia.org/wiki/Protoavis
  16. http://bsu.edu//web/00cyfisher/Protoavis.htm
  17. http://en.wikipedia.org/wiki/Sinosoropteryx
  18. http://en.wikipedia.org/wiki/Protoarchaeopteryx
  19. http://en.wikipedia.org/wiki/Caudipteryx
  20. http://www.ircs.upenn.edu/cogsci2000/caudipteryx.html
  21. http://www.app.pan.pl/acta50/app50-101.pdf
  22. http://cas.bellarmine.edu/tietjen/Evolution/Feathers/feathered_dinosaurs.htm

การเกิด สึนามิ

ลักษณะทางกายภาพ วงจรการเกิดคลื่น สึนามิ และ ฟิสิกส์ของ สึนามิ ผลวิเคราะห์ทางธรณีวิทยาของ สีนามิ วันที่ ๒๖ ธค. ๒๕๔๗

ผู้เขียน: พวงร้อย

สึนามิ คืออะไร


สึนามิ เป็นภาษาญี่ปุ่นแปลว่า Harbour Wave คำแรก สึ แปลว่า harbour คำที่สอง นามิ แปลว่า คลื่น ปัจจุบันใช้เป็นคำเรียก กลุ่มคลื่นที่มีความยาวคลื่นมากๆขนาดหลายร้อยไมล์ นับจากยอดคลื่นที่ไล่ตามกันไป เกิดขึ้นจากการที่น้ำทะเลในปริมาตรเป็นจำนวนมากมายมหาศาล ถูกผลักดันให้เคลื่อนที่ในแนวดิ่ง ด้วยเหตุมาจากการเคลื่อนไหวของเปลือกโลกส่วนที่อยู่ใต้ทะเลลึก บางครั้งก็เรียกว่า seismic wave เพราะส่วนใหญ่เกิดจากการเคลื่อนไหวดังกล่าว เรามักจะสับสนกับคำว่า สึนามิ กับ tidal wave ซึ่งเกิดจากน้ำขึ้นน้ำลง แต่ สึนามิ ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องอะไรกับการขึ้นลงของน้ำเลย



      สึนามิ ส่วนใหญ่ เกิดจากการเคลื่อนตัวของเปลือกโลกใต้ทะเลอย่างฉับพลัน อาจจะเป็นการเกิดแผ่นดินถล่มยุบตัวลง หรือเปลือกโลกถูกดันขึ้นหรือยุบตัวลง ทำให้มีน้ำทะเลปริมาตรมหาศาลถูกดันขึ้นหรือทรุดตัวลงอย่างฉับพลัน พลังงานจำนวนมหาศาลก็ถ่ายเทไปให้เกิดการเคลื่อนตัวของน้ำทะเลเป็น คลื่นสึนามิ ที่เหนือทะเลลึก จะดูไม่ต่างไปจากคลื่นทั่วๆไปเลย จึงไม่สามารถสังเกตได้ด้วยวิธีปกติ แม้แต่คนบนเรือเหนือทะเลลึกที่ คลื่นสึนามิ เคลื่อนผ่านใต้ท้องเรือไป ก็จะไม่รู้สึกอะไร เพราะเหนือทะเลลึก คลื่นนี้ สูงจากระดับน้ำทะเลปกติเพียงไม่กี่ฟุตเท่านั้น จึงไม่สามารถแม้แต่จะบอกได้ด้วยภาพถ่ายจากเครื่องบิน หรือยานอวกาศ

      นอกจากนี้แล้ว สึนามิ ยังเกิดได้จากการเกิดแผ่นดินถล่มใต้ทะเล หรือใกล้ฝั่งที่ทำให้มวลของดินและหิน ไปเคลื่อนย้ายแทนที่มวลน้ำทะเล หรือภูเขาไฟระเบิดใกล้ทะเล ส่งผลให้เกิดการโยนสาดดินหินลงน้ำ จนเกิดเป็นคลื่น สึนามิ ได้ ดังเช่น การระเบิดของภูเขาไฟ คระคะตัว ในปี ค.ศ. ๑๘๘๓ ซึ่งส่งคลื่น สึนามิ ออกไปทำลายล้างชีวิตและทรัพย์สินของผู้คนในเอเชีย มีจำนวนผู้ตายถึงประมาณ ๓๖,๐๐๐ ชีวิต

      นอกเหนือไปจากนั้น ในกรณีที่มีความเป็นไปได้ไม่สูงมากนัก คือการที่เกิดอุกกาบาตตกใส่โลก ดังเช่นที่เกิดขึ้นเมื่อ ๖๕ ล้านปีมาแล้ว ทำลายล้างชีวิตบนโลกเป็นส่วนใหญ่ สรุปแล้วก็คือ สึนามิ จะเกิดขึ้นเมื่อ น้ำทะเลในปริมาตรมหาศาล ถูกผลักดันให้เคลื่อนออกจากตำแหน่งเดิมในแนวดิ่ง อย่างฉับพลันกระทันหันชั่วพริบตา ด้วยพลังงานมหาศาล น้ำทะเลก็จะกระจายตัวออกเป็นคลื่น สึนามิ ที่เมื่อไปถึงฝั่งใด ความพินาศสูญเสียก็จะตามมาอย่างตั้งตัวไม่ติด

ภาพโดย ศจ. Stephen A. Nelson

ลักษณะทางกายภาพของคลื่นสึนามิ


l ความยาวคลื่น คือระยะห่างจากยอดคลื่นหนึ่งไปยังยอดคลื่นถัดไป

P คือคาบเวลาระหว่างยอดคลื่นหนึ่งเดินทางมาถึงที่ที่ยอดคลื่นก่อนหน้าเพิ่งผ่านไป

Amplitude ของคลื่น คือความสูงของยอดคลื่นนับจากระดับน้ำทะเล

ความเร็วของคลื่น (velocity - V) คลื่นทะเลทั่วๆไปมีความเร็วประมาณ ๙๐ กม./ชั่วโมง แต่ คลื่น สึนามิ อาจจะมีความเร็วได้ถึง ๙๕๐ กม./ชั่วโมง ซึ่งก็พอๆกับความเร็วของเครื่องบินพาณิชย์ทีเดียว โดยจะขึ้นอยู่กับความลึกที่เกิดแผ่นดินถล่มใต้ทะเล ถ้าแผ่นดินไหวยิ่งเกิดที่ก้นทะเลลึกเท่าไหร่ ความเร็วของ สึนามิ ก็จะสูงขึ้นมากเท่านั้น เพราะปริมาตรน้ำที่ถูกเคลื่อนออกจากที่เดิม จะมีมากขึ้นไปตามความลึก คลื่น สึนามิ จึงสามารถเคลื่อนที่ผ่านท้องทะเลอันกว้างใหญ่ได้ภายในเวลาไม่นาน

ภาพโดย ศจ. Stephen A. Nelson

คลื่น สึนามิ ต่างจากคลื่นทะเลทั่วๆไป คลื่นทะเลทั่วไปเกิดจากลมพัดผลักดันน้ำส่วนที่อยู่ติดผิว จะมีคาบการเดินทางเพียง ๒๐-๓๐ วินาทีจากยอดคลื่นหนึ่งไปยังอีกยอดหนึ่ง และระยะห่างระหว่างยอดคลื่น หรือความยาวคลื่น มีเพียง ๑๐๐-๒๐๐ เมตร


     แต่คลื่น สึนามิ มีคาบตั้งแต่ สิบนาทีไปจนถึงสองชั่วโมง และ ความยาวคลื่นมากกว่า ๕๐๐ กิโลเมตรขึ้นไป คลื่น สึนามิ ถูกจัดว่า เป็นคลื่นน้ำตื้น คลื่นที่ถูกจัดว่าเป็น คลื่นน้ำตื้น คือ คลื่นที่ ค่าอัตราส่วนระหว่าง ความลึกของน้ำ และ ความยาวคลื่น ต่ำมาก

     อัตราการสูญเสียพลังงานของคลื่น จะผกผันกับความยาวคลื่น(ระยะห่างระหว่างยอดคลื่น)ยกกำลังสอง เนื่องจาก สึนามี มีความยาวคลื่นมากๆ ยิ่งยกกำลังสองเข้าไปอีก จึงสูญเสียพลังงานไปน้อยมากๆในขณะที่มันเคลื่อนตัวผ่านผืนสมุทร


และเนื่องจาก สึนามิ เป็น คลื่นน้ำตื้น จะมีความเร็วเท่ากับ
V = g * d


g คืออัตราเร่งของแรงโน้มถ่วงโลก ซึ่งมีค่า 9.8 เมตร/วินาที2 และ d คือความลึกของพื้นทะเล

    สมมติว่า แผ่นดินไหวเกิดที่ท้องทะเลลึก ๖,๑๐๐ เมตร สึนามิจะเดินทางด้วยความเร็วประมาณ ๘๘๐ กม./ชม. จะสามารถเดินทางข้ามฝั่งมหาสมุทรแปซิฟิคด้วยเวลาน้อยกว่า ๒๔ ชั่วโมงเสียอีก

ภาพโดย BBC


เมื่อ สึนามิ เดินทางมาถึงชายฝั่ง ก้นทะเลที่ตื้นขึ้นก็จะทำให้ความเร็วของคลื่นลดลง เพราะความเร็วของคลื่นสัมพันธ์กับค่าความลึกโดยตรง แต่คาบยังคงที่ พลังงานรวมที่มีค่าคงที่ ก็ถูกถ่ายเทไปดันตัวให้คลื่นสูงขึ้น

จาก ค่าความเร็ว V = l/P


    ค่า V ลดลง, P คงที่ ค่า l ก็ต้องลดลง ผลก็คือ น้ำทะเลถูกอัดเข้ามาทำให้คลื่นสูงขึ้น ขึ้นอยู่กับสภาพชายฝั่งว่าเป็นอ่าวแคบหรือกว้าง ในชายฝั่งที่แคบ คลื่นสึนามิ จะมีความสูงได้หลายๆเมตรทีเดียว

    ถ้ายอดคลื่นเข้าถึงฝั่งก่อน ก็จะเกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า dragdown คือดูเหมือนระดับน้ำจะลดลงอย่างกระทันหัน ขอบน้ำทะเลจะหดตัวออกจากฝั่งไปเป็นร้อยๆเมตรอย่างฉับพลัน และในทันที่ที่ยอดคลื่นต่อมาไล่มาถึง ก็จะเป็นกำแพงคลื่นสูงมาก ขึ้นอยู่กับโครงร่างของชายหาด จะมีความสูงของคลื่นต่างกัน ดังนั้น คลื่นสึนามิ จากแหล่งเดียวกัน จะเกิดผลที่ต่างกันกับชายหาดที่ไม่เหมือนกันได้ น้ำที่ท่วมเข้าฝั่งกระทันหัน อาจไปไกลได้ถึง ๓๐๐ เมตร แต่คลื่น สึนามิ สามารถเดินทางขึ้นไปตามปากแม่น้ำหรือลำคลองที่ไหลลงทะเลตรงนั้นได้ด้วย หากรู้ตัวว่าจะมีคลื่นสึนามิ ผู้คนเพียงแต่อพยพออกไปจากฝั่งเพียงแค่เดิน ๑๕ นาที และให้อยู่ห่างจากแหล่งน้ำที่ไหลลงทะเลเข้าไว้ ก็จะปลอดภัยแล้ว

การเคลื่อนที่ของเปลือกโลกที่เรียกว่า Subduction (ภาพโดย USGS)


การเกิดแผ่นดินถล่มใต้ท้องทะเลลึก มักจะมาจากการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกสองแผ่นที่ดันเข้าหากัน แรงเสียดทานจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนเมื่อถึงจุดที่แรงปะทะจากแผ่นเปลือกโลกมีเหนือค่าแรงเสียดทานแล้ว ก็จะเกิดการเคลื่อนตัวอย่างฉับพลัน การเคลื่อนตัวที่แผ่นหนึ่งมุดเข้าใต้อีกแผ่น เรียกว่า Subduction ทำให้เปลือกโลกตรงรอยต่อ ถูกหนุนสูงขึ้นหรือทรุดฮวบยวบตัวลง น้ำทะเลเหนือส่วนนั้นก็ถูกดันหรือดูดเข้ามาแทนที่อย่างฉับพลัน การเคลื่อนตัวของน้ำในปริมาตรหลายๆล้านตัน ทำให้เกิดคลื่นสะท้อนออกไปทุกทิศ เป็นแหล่งกำเนิดของ คลื่นสึนามิ นั่นเอง

The Ring of Fire

ภาพโดย กรมธรณีวิทยาสหรัฐ U.S. Geological Surveys

คลิกขยายภาพใหญ่


     พื้นโลกที่เราอาศัยอยู่นี้ ไม่ได้ต่อกันสนิทเหมือนเปลือกลูกกอล์ฟ แต่เป็นแผ่นๆใหญ่น้อยต่อๆกัน ตรงรอยต่อของแผ่นต่างๆเหล่านี้ ก็มีการเคลื่อนตัวที่แตกต่างกันไปแบ่งได้คร่าวๆดังนี้  Divergent Boundaries คือแนวขอบที่แผ่นเปลือกโลกสองแผ่น เคลื่อนตัวห่างจากกัน  Convergent Boundaries คือแนวขอบที่แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนเข้าหากัน เกิดการชนกันและทำลายซึ่งกันและกัน
 

     Transform Boundaries คือแนวขอบส่วนที่แผ่นเปลือกโลกสองแผ่นเสียดสีผ่านกันด้านข้าง
Plate Boundary Zones คือคำจำกัดความกว้างๆให้กับแนวขอบเปลือกโลกสองแผ่นที่ให้คำจำกัดความได้ไม่ชัด เพราะการเคลื่อนตัวของเปลือกโลกส่วนนั้นยังไม่เป็นที่เข้าใจดี  จะเห็นได้ว่า แนวใต้หมู่เกาะประเทศอินโดนีเซีย มีลักษณะการเคลื่อนที่สองแผ่นชนเข้าหากันในลักษณะที่เรียกว่า Subduction ดังที่อธิบายไว้ในหน้าแรก

สาเหตุการเกิด คลื่น สึนามิ ในประเทศอินโดนีเซีย เมื่อวันที่ ๒๖ ธันวาคม ๒๕๔๗

ข้อมูลจากกรมธรณีวิทยา สหรัฐ USGS

   แผ่นดินไหวอย่างรุนแรงในวันที่ ๒๖ ธค. ที่ผ่านมานั้น เกิดจากการที่เปลือกโลกสองแผ่น คือแผ่นอินเดียและแผ่นพม่าเคลื่อนตัวเข้าหากัน โดยแผ่นอินเดีย ถูกผลักดันให้เบียดผ่านแผ่นพม่า เมื่อแรงกดดันมีสูงเหนือแรงเสียดทานที่แผ่นดินสองแผ่นครูดเข้าใส่กัน ก็สปริงตัวเคลื่อนไหวอย่างฉับพลัน เพื่อผ่อนคลายแรงเครียดที่สองแผ่นอั้นมานาน



   แผ่นอินเดียมุดลงตรงแนวที่เรียกว่า Sunda trench ซึ่งอยู่ทางตะวันตกของจุดศูนย์กลางที่เกิดแผ่นดินไหว Sunda Trench คือแนวร่องที่เปลือกโลกสามแผ่นมาชนกัน คือ แผ่นอินเดียกับแผ่นออสเตรเลีย และแผ่นพม่า เกิดเป็นร่องเป็นแนวยาวที่ภาษาทางธรณีวิทยาเรียกว่า trench



     บริเวณที่เกิดแผ่นดินไหวนั้น แผ่นอินเดียเคลื่อนตัวด้วยความเร็ว ๖ เซ็นติเมตรต่อปี หากถือให้แผ่นพม่าอยู่นิ่งๆ ผลก็คือตรงที่แผ่นเคลื่อนเข้าหากันนั้น ชนกันเป็นแนวเฉียงทแยงขึ้น แรงดันนั้นทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของเปลือกโลกที่แตกออก ห่างไปทางตะวันตก หลายร้อยกิโลเมตร ซึ่งแตกเป็นแนวยาวขนานกับ Sunda Trench การเกิดแผ่นดินไหวครั้งนี้เป็นกระบวนการที่เรียกว่า trust-faulting


การปะทะกันของเปลือกโลกที่เรียกว่า oblique thrust-falulting ดังที่เป็นสาเหตุของแผ่นดินไหวใต้ทะเลจนเกิด สึนามิ ดังกล่าว (ภาพโดย กรมธรณีวิทยา สหรัฐ)


   ไขปริศนา…นาโนเทคโนโลยี

บทความนี้เปรียบเหมือนคัมภีร์ฉบับสมบูรณ์ ไขทุกปริศนานาโนเทคโนโลยี ที่วิชาการ.คอม อยากแนะนำให้อ่าน - ทำไมสมบัติต่างๆของวัสดุที่เราคุ้นเคย เปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิงเมื่อวัสดุเป็นระดับนาโน ? รวมทั้งอะไรเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดปรากฎการณ์อันแปลกประหลาดต่างๆ

ผู้เขียน: ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา

นาโนเทคโนโลยีคืออะไร?

ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา

ฝ่ายถ่ายทอดเทคโนโลยีและวิชาการ

ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ

นักเขียนประจำ วิชาการ.คอม



ทุกวันนี้มีคำถามมากมายเหลือเกินว่านาโนเทคโนโลยีคืออะไร? ทำไมถึงได้มีความสำคัญมากนัก? และทำไมสมบัติต่างๆ ของวัสดุที่เราคุ้นเคย จึงได้เปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิงเมื่อวัสดุมีขนาดเล็กในระดับนาโน ? รวมทั้งอะไรเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดปรากฎการณ์อันแปลกประหลาดต่างๆที่ไม่เคยพบมาก่อนในวัสดุที่มีขนาดใหญ่ เช่น การที่อนุภาคทองนาโนมีสีแดงหรือสีม่วงแทนที่จะเป็นสีเหลือง การที่อนุภาคเงินนาโนกลับกลายเป็นฉนวนไฟฟ้าทั้งที่ปกติเงินเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีมาก การที่อนุภาคนาโนของโลหะเฉื่อยบางชนิดกลับสามารถเร่งปฏิกิริยาเคมีได้อย่างว่องไว หรือการที่วัสดุนาโนมีความแข็งแรงเหนือกว่าวัสดุขนาดใหญ่ ฯลฯ



บทความนี้จะนำไปสู่การไขปริศนาต่างๆโดยการอาศัยความรู้ความเข้าใจทางด้านนาโนศาสตร์ (nanoscience) และนาโนเทคโนโลยีที่มีอยู่ในขณะนี้เป็นแนวทางในการค้นหาคำตอบ




นาโนเทคโนโลยีคืออะไร ?

ความหมายของนาโนเทคโนโลยี (nanotechnology) ที่ถูกนิยามขึ้นโดยมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (National Science Foundation, NSF) ของสหรัฐอเมริกามีอยู่ 3 มุมมองด้วยกันคือ

1. การวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีในระดับอะตอม โมเลกุล หรือโมเลกุลมหภาค (macromolecule) ที่มีขนาดเล็กในช่วง 1 ถึง 100 นาโนเมตร  

2. การสร้างและการใช้ประโยชน์จากโครงสร้าง อุปกรณ์ หรือระบบต่างๆ ที่มีสมบัติและหน้าที่ใหม่ๆเกิดขึ้นอันเนื่องมาจากความเล็กในระดับนาโน (nanoscale) ของสิ่งนั้นๆ

3. ความสามารถในการควบคุมและจัดการได้อย่างถูกต้องและแม่นยำในระดับอะตอม



ดังนั้นความหมายโดยรวมของนาโนเทคโนโลยี ก็คือ “การจัดการ การสร้าง การสังเคราะห์วัสดุ อุปกรณ์และระบบต่างๆ ที่มีขนาดเล็กอยู่ในช่วง 1 ถึง 100 นาโนเมตร ด้วยความถูกต้องและแม่นยำ ซึ่งจะส่งผลให้วัสดุหรืออุปกรณ์ต่างๆมี “สมบัติที่พิเศษขึ้น” ทำให้เกิดประโยชน์ ต่อผู้ใช้สอยและเพิ่มมูลค่าทางเศรษฐกิจได้”   




ระดับนาโน (nanoscale) สำคัญอย่างไร ?

"ที่ความเล็กระดับนาโนเมตร เราจะค้นพบแรงชนิดใหม่ๆ ปรากฏการณ์ใหม่ๆ และความเป็นไปได้รูปแบบใหม่ๆ"

    ข้อความดังกล่าวเป็นคำพูดของ ริชาร์ด ฟายน์แมน (Richard Feynman) ซึ่งเป็นบุคคลที่ได้รับการยกย่อง ให้เป็นบิดาของนาโนเทคโนโลยี ซึ่งเขาได้กล่าวไว้ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1959 ระหว่างการบรรยายทางวิชาการอันโด่งดัง เรื่อง "There’s Plenty of Room at the Bottom" ณ สมาคมฟิสิกส์ สหรัฐอเมริกา จากคำพูดของฟายน์แมนดังกล่าว ทำให้เห็นอย่างชัดเจนว่าความสำคัญของนาโนศาสตร์ และนาโนเทคโนโลยี ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่ การที่เราสามารถสร้างสิ่งต่างๆ ที่มีขนาดเล็กในระดับนาโนเมตร ได้อย่างถูกต้องและแม่นยำเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการที่เราสามารถนำสมบัติใหม่ๆ และปรากฏการณ์ใหม่ๆ ที่เกิดขึ้นเฉพาะในระดับนาโนเท่านั้น มาใช้ให้เป็นประโยชน์ได้อีกด้วย โดยปัจจัยสำคัญที่ทำให้วัสดุ อุปกรณ์และระบบที่มีขนาดในระดับนาโน (1-100 นาโนเมตร) มีสมบัติทางไฟฟ้า สมบัติทางแม่เหล็ก สมบัติเชิงแสง สมบัติเชิงกล  และสมบัติเชิงเคมีแตกต่างไปจากวัสดุชนิดเดียวกันที่มีขนาดใหญ่กว่าเกิดจากสาเหตุดังต่อไปนี้ 

มิติทางกายภาพถูกจำกัดขนาด

    วัสดุหรือโครงสร้างที่มีขนาดในระดับนาโน ถูกจัดว่าเป็นโครงสร้างที่มีระบบมิติต่ำ (Low-dimensional systems, LDSs) ทั้งนี้เนื่องจากมิติทางกายภาพ (กว้าง ยาว และสูง) ของวัสดุ หรือโครงสร้างนาโน อย่างน้อยหนึ่งมิติ จะถูกจำกัดขนาดอยู่ในช่วง 1 ถึง100 นาโนเมตรเท่านั้น
ซึ่งจะทำให้ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ภายในวัสดุหรือโครงสร้างนาโน แตกต่าง ไปจากวัสดุแบบก้อนใหญ่ (bulk materials) โดยที่สามารถใช้ LDSs ในการแบ่งวัสดุและโครงสร้างนาโนออกเป็นกลุ่มๆ ดังนี้

1. ระบบศูนย์มิติ (zero-dimensional (OD) systems) คือวัสดุหรือโครงสร้างที่มีมิติทางกายภาพทั้งสามมิติถูกจำกัดอยู่ในช่วงนาโนเมตร เช่น กลุ่มก้อนของโลหะที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ในระดับนาโนเมตรซึ่งวางอยู่บนชั้นกราไฟต์

2. ระบบหนึ่งมิติ (one-dimensional (1D) systems) คือวัสดุหรือโครงสร้างที่มีมิติทางกายภาพสองมิติถูกจำกัดอยู่ในช่วงนาโนเมตรแต่มิติที่เหลืออีกหนึ่งมิติไม่ถูกจำกัดขนาด ยกตัวอย่างเช่น ลวดนาโน (nanowires) หรือท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotubes) ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ในระดับนาโนเมตรแต่มีความยาวของท่ออยู่ในระดับไมโครเมตรหรือมิลลิเมตร เป็นต้น

3. ระบบสองมิติ (two-dimensional (2D) systems) คือวัสดุหรือโครงสร้างที่มีมิติทางกายภาพหนึ่งมิติถูกจำกัดอยู่ในช่วงนาโนเมตรแต่มิติที่เหลืออีกสองมิติไม่ถูกจำกัดขนาด ยกตัวอย่างเช่น ฟิล์มบางในระดับนาโน (nano-thin film) ที่เกิดจากการประกอบตัวเองของอะตอมหรือโมเลกุล เป็นต้น

    วัสดุหรือโครงสร้างที่มีระบบมิติต่ำ จะมีสภาวะอิเล็กทรอนิกส์ที่มีลักษณะไม่ต่อเนื่อง แต่จะมีค่าได้อย่างจำเพาะเท่านั้น ลักษณะเช่นนี้เรียกว่า ควอนไทเซชัน (quantization) การเกิดควอนไทเซชัน ของสภาวะอิเล็กทรอนิกส์ จะนำไปสู่การเกิดสมบัติใหม่ๆ และปรากฏการณ์ใหม่ๆ เช่น การแสดงผลของปรากฏการณ์ทางควอนตัมที่ถูกกักขังไว้ (quantum confinement effects)  อิทธิพลอิเล็กตรอนเดี่ยว (single electron effect) การปิดกั้นแรงระหว่างประจุไฟฟ้า (Coulomb blockade) การกักขังเอ็กซิตอน (exciton confinement) ปรากฎการณ์การขยับเคลื่อนของสเปกตรัม (spectrum shift) ควอนไทเซชันของโฟนอน (phonon quantization) เป็นต้น





รูปแสดงความสัมพันธ์ระหว่างระดับพลังงานกับความหนาแน่นของสถานะ (density of states, DOS) อิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุต่างๆที่มีการเปลี่ยนแปลง ไปตามการลดขนาดมิติใดมิติหนึ่งของวัสดุให้มีขนาดอยู่ในระดับนาโน ยกตัวอย่างเช่น หมุดควอนตัม (quantum dot)ซึ่งเป็นวัสดุนาโนที่มีมิติทางกายภาพ ทั้งสามมิติอยู่ในระดับนาโนจะมีลักษณะความหนาแน่น ของสถานะอิเล็กทรอนิกส์แยกออกจากกันเป็นชั้นๆ อย่างชัดเจนคล้ายกับลักษณะที่พบในอะตอม ซึ่งแตกต่างไปจากวัสดุชนิดเดียวกันที่มีขนาดใหญ่อย่างสิ้นเชิง

โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ที่แตกต่างไปจากเดิม

    โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ (electronic structures) เป็นตัวกำหนดพฤติกรรม ของอิเล็กตรอน ในวัสดุเมื่อวัสดุนั้น อยู่ในสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก เช่นสมบัติในการเป็นตัวนำ เป็นสารกึ่งตัวนำ หรือเป็นฉนวน โดยที่โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ ของวัสดุก็ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของอะตอมที่อยู่ภายในวัสดุ และลักษณะการจัดเรียงตัว โดยที่วัสดุนาโนทุกประเภท จะมีมิติทางกายภาพ อย่างน้อยหนึ่งมิติ ที่ถูกจำกัดขนาดเอาไว้ภายในระดับนาโน จึงเป็นการบีบบังคับให้อิเล็กตรอน ในวัสดุนาโนสามารถเคลื่อนที่ได้ในปริมาตรที่จำกัดเท่านั้น จึงทำให้ปรากฏการณ์ทางควอนตัมที่ถูกกักขังไว้ (quantum confinement) ปรากฎออกให้เห็นอย่างชัดเจน โดยที่ปรากฏการณ์ดังกล่าว ไม่เคยเกิดขึ้นหรือเกิดขึ้นน้อยมากในวัสดุปกติ








ทฤษฏีแถบพลังงานของของแข็ง (band theory of solids) เป็นทฤษฏีที่ใช้อธิบายสมบัติทางไฟฟ้าของของแข็ง โดยพิจารณาจาก ระดับชั้นพลังงานของอะตอมองค์ประกอบ และอันตรกิริยา ระหว่างอะตอมทั้งหมดในของแข็งนั้น ตามทฤษฏีนี้ อิเล็กตรอนจะสามารถมี พลังงานได้เฉพาะบางช่วง (allowed band) และไม่สามารถมีพลังงานได้ในบางช่วงที่เรียกว่า forbidden band ทฤษฏีนี้สามารถ อธิบายสภาพการนำไฟฟ้าของตัวนำ (โลหะ) สารกึ่งตัวนำ และฉนวนได


้     การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของสสารต่างๆ จะส่งผลให้สมบัติทางไฟฟ้า สมบัติทางแม่เหล็ก และสมบัติทางแสง ของสสารเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม เช่น ช่วงว่างระหว่างชั้นพลังงาน (energy band gap) ของสารกึ่งตัวนำจะแตกต่างกันไป ตามขนาดของอนุภาคในระดับนาโน ยกตัวอย่างเช่น หมุดควอนตัม ซึ่งเป็นอนุภาคนาโน ของสารกึ่งตัวนำหรือโลหะ จะมีสีสันที่แตกต่างกันไป ตามขนาดและส่วนประกอบ ของอนุภาค อันเนื่องมาจาก โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของหมุดควอนตัม มีการเปลี่ยนแปลงไปตามขนาดหมุด จึงทำให้สามารถ นำหมุดควอนตัม ไปใช้แทนสีย้อมฟลูออเลสเซนต์ เพื่อใช้ในการติดฉลาก และย้อมสีเซลล์สิ่งมีชีวิต ได้เป็นอย่างดี หรือ การใช้หมุดควอนตัมเป็นไดโอดเปล่งแสง (LED) หรือนำไปใช้ในแทนแสงเลเซอร์ ในอุปกรณ์โทรคมนาคมแบบไฟเบอร์ออพติก นอกจากนี้ยังสามารถนำหมุดควอนตัม ไปประยุกต์ใช้เป็นชิ้นส่วน ของอุปกรณ์นาโนอิเล็กทรอนิกส์ (nanoelectronics) ชนิดต่างๆได้เป็นอย่างดี

     นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ ยังมีผลต่อสภาพการนำไฟฟ้าของโลหะ โดยที่โลหะแบบก้อนใหญ่ (bulk metal) จะมีแถบการนำ (conduction band) ที่เกิดจากการจัดเรียงชั้นพลังงาน ของอะตอมอิสระ ที่มาประกอบกันต่อเนื่องกันไป แต่เมื่อโลหะมีขนาดอนุภาคเล็กลงไป จะทำให้ฟังก์ชันคลื่นของวาเลนซ์อิเล็กตรอน เริ่มถูกกักขังอยู่ในบริเวณที่จำกัด ซึ่งจะส่งผลให้ระดับชั้นพลังงานต่างๆ ถูกแยกออกเป็นชั้นเดี่ยวๆ อย่างชัดเจน คล้ายกับระดับชั้นพลังงานของอะตอมเดี่ยว จึงทำให้สมบัติทางไฟฟ้าของโลหะ มีการเปลี่ยนแปลง ระหว่างการเป็นโลหะกับฉนวน (metal-insulator transition) ซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาค เช่น กลุ่มก้อนอะตอมโลหะที่ประกอบขึ้นโลหะ 13 อะตอม จะไม่มีสมบัติในการเป็นโลหะแต่ประการใด แต่เมื่อกลุ่มก้อนอะตอมมีขนาดใหญ่ขึ้น เช่นมีอะตอมมากกว่า 309 อะตอมขึ้นไป จะมีสมบัติเหมือนกับโลหะแบบก้อนใหญ่ปกติ






รูปแสดงช่วงว่างระหว่างแถบพลังงานของสารกึ่งตัวนำแบบก้อนใหญ่

และอนุภาคนาโนของสารกึ่งตัวนำ (หมุดควอนตัม) ที่มีลักษณะแตกต่างกันไปตามขนาดของอนุภาค

อิทธิพลจากปรากฏการณ์ทางควอนตัม และ ทวิภาคระหว่างคลื่น-อนุภาค

     หลักเกณฑ์ต่างๆของฟิสิกส์ในระดับนาโนเมตร (nanoscale physics) ซึ่งเป็นรากฐานสำคัญของนาโนศาสตร ์และนาโนเทคโนโลยี จะแตกต่างไปจาก ฟิสิกส์แบบดั้งเดิม (classical physics) อย่างเช่น วิชากลศาสตร์ของนิวตัน ที่เราเข้าใจและรู้จักกันดี ทั้งนี้เป็นเพราะว่าในระดับความเล็ก ขนาดหนึ่งในพันล้านของเมตรนั้น กฎเกณฑ์และหลักการต่างๆ ที่สามารถใช้อธิบายพฤติกรรม ของสสารและปรากฏการณ์ใหม่ๆ จะต้องอาศัยกลศาสตร์ควอนตัม (quantum mechanics) และฟิสิกส์แผนใหม่ที่กำลังพัฒนากันอยู่ในขณะนี้

     ที่ความเล็กในระดับอะตอมนั้น พลังงานที่สสารได้รับนั้น ไม่ได้มีลักษณะเป็นกระแสต่อเนื่อง ที่ไม่มีขีดสิ้นสุด แต่จะมีค่าที่แน่นอน และมีค่าได้เฉพาะบางค่าเท่านั้น โดยการรับและให้พลังงาน จะมีลักษณะคงที่แบบทีละก้อน ทีละก้อน โดยที่กลุ่มก้อนเหล่านี้เรียกว่า “ควอนต้า (quanta)” ยกตัวอย่างเช่น อะตอมจะปลดปล่อย หรือดูดกลืนพลังงาน ออกมาทีละควอนตัม หรือการที่แสงสามารถประพฤติตัวเป็นอนุภาคได้ ก็จะเรียกว่า ควอนตัมของแสง หรือ โฟตอน (photon) เป็นต้น โดยการลดและการเพิ่มพลังงาน ในรูปของควอนตัม จะเป็นไปในลักษณะ ที่เป็นจำนวนเต็มเท่านั้น เช่น หนึ่งควอนตัม สองควอนตัม แต่จะไม่มีการให้หรือรับ ทีละครึ่งควอนตัม

ทวิภาคระหว่างคลื่น-อนุภาคของสสาร (wave-particle duality)

    ในปี ค.ศ. 1924 เดอบรอยล์ (Louis de Broglie) ได้เสนอแนวคิดว่า อนุภาคอาจมีพฤติกรรม ในการเป็นคลื่นได้ด้วย ซึ่งเขาได้เชื่อมโยงความสัมพันธ์ระหว่างโมเมนตัมของอนุภาคเข้ากับความยาวคลื่นของอนุภาคดังสมการ  p = h/ความยาวคลื่น (h = ค่าคงที่ของพลังค์)

    อิเล็กตรอนและอะตอม สามารถแสดงพฤติกรรม ในการเป็นได้ทั้งคลื่นและอนุภาค เช่น ในกรณีที่เป็นอนุภาค ก็สามารถแสดงคุณสมบัติในการกระเจิง (scattering) ได้ หรือในกรณี ที่เป็นมีสมบัติเป็นคลื่น ก็สามารถแสดงการแทรกสอด (interference) ได้ อนุภาคควอนตัม สามารถแสดงพฤติกรรมเป็นคลื่นได้ โดยเกิดการแทรกสอดกันขึ้น เมื่ออนุภาคควอนตัม เคลื่อนที่ผ่านช่องแคบคู่ นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าทั้งอิเล็กตรอน อะตอม  และโมเลกุลขนาดเล็ก สามารถแสดงสมบัติทวิภาคระหว่างคลื่น-อนุภาคได้

     แต่ในความเป็นจริงแล้ว อนุภาคทุกชนิด สามารถแสดงสมบัติในการเป็นคลื่นได้ทั้งสิ้น โดยเมื่อพิจารณาจากสมการ  p = h/ความยาวคลื่น จะพบว่ายิ่งอนุภาคหรือวัตถุมีมวลมากขึ้นเท่าไร ก็จะส่งผลให้ มีค่าความยาวคลื่นของวัตถุ มีค่าน้อยลงเท่านั้น ยกตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอนซึ่งมวลเท่ากับ 9.11 x 10-31 กิโลกรัม จะมีความยาวคลื่นเท่ากับ 0.24 นาโนเมตร ออกซิเจน (O2) มีความยาวคลื่นเดอบรอยล์ (de Broglie wavelength) เท่ากับ 4 x 10-11 เมตรที่อุณหภูมิห้อง โมเลกุลดีเอ็นเอมีความยาวคลื่นเพียงแค่ประมาณ 10 เมตร ในขณะที่ น้ำปริมาตรหนึ่งลูกบาศก์เซ็นติเมตร จะมีความยาวคลื่น สั้นเพียงแค่ประมาณ 2 x 10-37 เมตรเท่านั้น ดังนั้น จึงทำให้วัตถุขนาดใหญ่ มีค่าความยาวคลื่นน้อยมาก จนสามารถละทิ้งได้   เราไม่เคยสัมผัสถึงพฤติกรรม ในการเป็นคลื่นของวัสดุที่พบในชีวิตประจำวัน  




โครงสร้างโมเลกุลของฟลูออโรฟูลเลอรีน (fluorofullerene, C60F48)

ซึ่งเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่สุด ที่ถูกค้นพบว่า

สามารถแสดงพฤติกรรม ในการแทรกสอดซึ่งเป็นคุณสมบัติของคลื่นได้

อิเล็กตรอนทันเนลลิ่ง และ กล้องสแกนนิ่งทัลเนลลิ่งไมโครสโคป

     เป็นกลศาสตร์ควอนตัม ที่เป็นผลมาจากคุณสมบัติ ในการเป็นคลื่นของอิเล็กตรอน ทำให้อิเล็กตรอน สามารถเคลื่อนที่ ข้ามหรือทะลุผ่านสิ่งกีดขวาง ที่โดยปกติแล้วอิเล็กตรอน ไม่สามารถข้ามผ่านไปได้  ปรากฏการณ์นี้ จะเกิดขึ้น เมื่อคลื่นของอิเล็กตรอน เคลื่อนที่ไปพบสิ่งกีดขวาง โดยที่ความหนาของสิ่งกีดขวางนั้น มีความบางมาก จนคลื่นของอิเล็กตรอนบางส่วน สามารถลอดผ่าน ออกไปยังอีกฝั่งหนึ่งของสิ่งกีดขวางได้




ภาพนี้แสดงให้เห็นว่าเมื่ออิเล็กตรอน (ในกรณีที่พฤติกรรมเป็นคลื่น) กระทบกับผนังกั้น หรือกำแพงศักย์ คลื่นอิเล็กตรอน จะไม่หยุดการเคลื่อนลงอย่างสิ้นเชิง แต่จะมีช่วงคลื่นลดลงแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลภายในผนังกั้น ซึ่งถ้าผนังมีความหนามาก ก็จะสามารถกั้นไม่ให้อิเล็กตรอนข้ามผ่านไปอีกฝั่งหนึ่งได้  แต่ในกรณีที่ผนังกั้นมีความบางมาก เช่น หนึ่งนาโนเมตร จะพบว่าบางส่วน ของคลื่นอิเล็กตรอน จะสามารถเล็ดลอด หรือเกิดการทัลเนลลิ่ง ผ่านมาอีกฝั่งหนึ่งของผนังกั้นได้ ปรากฏการณ์นี้ ทำให้ดูเหมือนกับว่า สามารถพบอิเล็กตรอนอยู่นอกผนังได้


     ซึ่งขัดแย้งกับกลศาสตร์แบบดั้งเดิม ที่พบว่าอิเล็กตรอน ที่ไม่มีพลังงานมากพอนั้น จะไม่สามารถทะลุผ่านผนัง หรือกำแพงศักย์ ออกไปอีกฝั่งหนึ่งได้  นอกจากนี้ โอกาสในการเกิดการทะลุลอดกำแพง หรือทัลเนลลิ่งนั้น จะขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาค โดยอนุภาคที่มีมวลน้อย จะสามารถเกิดทัลเนลลิ่งได้ดีกว่า อนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า ดังนั้นอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีมวลน้อยมาก จึงสามารถเกิดทันเนลลิ่งได้
 
    ตัวอย่างจากการนำปรากฎการณ์ทัลเนลลิ่ง ไปใช้ประโยชน์ ที่เห็นได้ชัด ตัวอย่างหนึ่ง ก็คือ การประดิษฐ์กล้องสแกนนิ่งทัลเนลลิ่งไมโครสโคป หรือ เอสทีเอ็ม (Scanning tunneling microscope, STM) ที่สามารถใช้ถ่ายภาพอะตอมได้ โดยการถ่ายภาพอะตอม ของวัตถุด้วยกล้อง STM อาศัยกระแสไฟฟ้าที่ผ่านทะลุ (tunneling current) ระหว่างหัวเข็มโลหะ และผิวหน้าตัวอย่าง ที่วางบนชิ้นส่วนของกล้อง ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ เมื่อหัวเข็มเคลื่อนที่เข้าใกล้ผิวหน้าตัวอย่างมาก (ประมาณ 1 นาโนเมตร) ก็จะทำให้ มีกระแสไฟไหลได้ ทั้งที่ยังไม่มีการสัมผัสกัน จากนั้นจะอาศัยกระแสไฟฟ้านี้ ในการสร้างภาพสามมิติ โดยการรักษาระยะห่าง ระหว่างหัวเข็มและผิวหน้าของตัวอย่างไว้ ให้คงที่ ในระหว่างที่มีกำลังสแกนผิวหน้าตัวอย่างอยู่ โดยที่หัวเข็ม จะเคลื่อนที่ขึ้นลง ไปตามความสูงต่ำของพื้นผิว และจะสแกนไปทีละแถวจนเต็มพื้นที่






รูปแสดงการทำงานของกล้อง STM ที่อาศัยการวัดปริมาณกระแสไฟฟ้า

ที่เกิดขึ้นจากการทะลุผ่านของอิเล็กตรอนระหว่างหัวเข็มกับพื้นผิวตัวอย่าง

     กล้อง STM ไม่เพียงแต่ใช้ ในการควบคุมตำแหน่งของแต่ละอะตอมเท่านั้น แต่ยังสามารถ ใช้ควบคุมสภาพอิเล็กโทรนิกส์ได้อีกด้วย ยกตัวอย่างเช่น การจัดเรียงอะตอมเหล็ก 48 อะตอม เป็นรูปวงรี บนผิวชั้นอะตอมของทองแดง เพื่อใช้เป็นคอก กั้นอิเล็กตรอนผิวหน้า และบังคับให้อิเล็กตรอนเหล่านั้น จัดตัวอยู่ใน สถานะควอนตัม (quantum state) ภายในวงรี โดยระลอกคลื่น ที่เกิดขึ้นภายในวงรีของอะตอมเหล็ก ก็คือการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ในบางสถานะควอนตัมที่เกิดขึ้น ภายในวงรี โดยที่นักวิทยาศาสตร์ สามารถทำนายปรากฏการณ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นภายในวงรีนี้ได้ โดยอาศัยการคำนวณแบบ “อนุภาคอยู่ในกล่อง (particle in-the-box)”


STM Image - the Quantum Corral



รูปคอกควอนตัม (quantum corral) ที่ถูกสร้างขึ้นด้วยกล้อง STM

แสดงให้เห็นลักษณะของคลื่นอิเล็กตรอนบนชั้นอะตอมของทองแดง

     นอกจากนี้กล้อง STM ยังสามารถใช้ ในการพิสูจน์แนวคิด หรือสมมุติฐานต่างๆ เกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางควอนตัม ได้เป็นอย่างดี เช่นการตรวจสอบปรากฏการณ์คอนโด้ (Kondo effect) โดยการใช้หัวเข็มของกล้อง STM วางอะตอมโคบอลต์ (โคบอลต์เป็นอะตอมที่มีสมบัติแม่เหล็ก) หนึ่งอะตอม ลงบนบริเวณฝั่งหนึ่งของคอกควอนตัม จะทำให้คลื่นอิเล็กตรอน บนพื้นผิวทองแดง เกิดการเปลี่ยนแปลง และทำให้อิเล็กตรอนมากระจุกตัวกัน บริเวณอีกฝั่งหนึ่งของคอกควอนตัม จนดูเหมือนว่ามีอะตอมโคบอลต์อีกอะตอมวางอยู่ ทั้งๆที่ ในความเป็นจริงแล้ว ไม่มีอะตอมโคบอลต์ อยู่ในบริเวณนั้นแต่อย่างใด






ภาพถ่ายจากกล้อง STM แสดงภาพควอนตัมมิราจ (quantum mirage)

หรือภาพลวงตาที่เกิดจากปรากฏการณ์คอนโด้ โดยการใช้กล้อง STM

วางอะตอมโคบอลต์ลงไปบริเวณฝั่งหนึ่ง ของคอกควอนตัมที่เกิดจากการวางอะตอมโคบอลต์ 36

อะตอมเป็นรูปวงรีบนชั้นอะตอมทองแดง โดยที่บริเวณที่เป็นนูนสูงขึ้นมา คือบริเวณที่มีโอกาสพบอิเล็กตรอนมากกว่าบริเวณที่เป็นที่ราบ

หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก + แรงคาซิเมียร์ + แรงแวนเดอวาลส์

นาโนอิเล็กทรอนิกส์แบบสถานะของแข็ง (Solid-state quantum effect nanoelectronic devices) นาโนอิเล็กทรอนิกส์   

     แบบสถานะของแข็ง เป็นนาโนคอมพิวเตอร์รูปแบบหนึ่ง ที่อาศัยสถานะทางควอนตัม ของสารกึ่งตัวนำ หรือสารประกอบโลหะ ที่ใช้ประกอบวงจร มาใช้ในการควบคุมการทำงาน ของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งมีหลักการกว้างๆ คือ การเริ่มต้นให้อิเล็กตรอน ที่อยู่อีกด้านหนึ่งของวงจร กระโดดข้ามตัวกีดขวาง หรือกำแพงศักย์ ซึ่งเป็นฉนวนไฟฟ้า หรือเป็นช่องว่าง ไปยังบริเวณ “เกาะ (island)” เล็กๆ ที่เป็นสารกึ่งตัวนำ หรือสารประกอบโลหะออกไซด์ ก่อนที่อิเล็กตรอนที่อยู่บนเกาะ จะกระโดดข้ามสิ่งกีดขวาง ต่อไปยังอีกด้านหนึ่งของวงจร ซึ่งมีหลักการคล้ายๆ กับการทำงานของวงจร MOS-FET ที่มีการเคลื่อนที่จากซอส (source) ผ่านเกท (gate) ไปยังเดรน (drain) นั่นเอง

     นาโนคอมพิวเตอร์รูปแบบนี้ จะสามารถย่อขนาดของวงจรในปัจจุบัน ให้เล็กลงไปได้อีกมาก โดยที่อาจมีวงจรเล็กแค่เพียง 5 ถึง 10 นาโนเมตร เท่านั้น ซึ่งจะทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มีความเร็วมากขึ้น กินไฟน้อยลง และทำงานได้หลากหลายขึ้น โดยทั่วไปแล้ว นาโนอิเล็กทรอนิกส์ แบบสถานะของแข็ง จะสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มย่อยลงไปได้อีก ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของส่วนประกอบ และรูปร่างและขนาดของ “เกาะ” ที่นำมาใช้ดังนี้ คือ

- เรโซแนนท์ทัลเนลลิ่ง (Resonant tunneling devices หรือ RTDs)

- หมุดควอนตัม (Quantum dots หรือ ODs)

- ทรานซิสเตอร์แบบอิเล็กตรอนเดี่ยว (Single-electron transistors หรือ SETs)

เรื่องราวเกี่ยวกับนาโนคอมพิวเตอร์ สามารถอ่านหาเพิ่มเติม ได้จากวารสาร สาร NECTEC (2547) ปีที่ 11 ฉบับ 60 หน้า 6-14
หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก (Heisenberg’s Uncertainty Principle)

     ครั้งหนึ่งนักฟิสิกส์เคยเชื่อกันว่า ถ้าอุปกรณ์ ที่ใช้ในการตรวจวัด มีประสิทธิภาพสูงขึ้นมากเท่าไหร่ ก็จะยิ่งทำให้สามารถ ระบุตำแหน่งและโมเมนตัมของวัตถุ ที่กำลังเคลื่อนที่อยู่ ได้อย่างแม่นยำพร้อมๆกัน  แต่แล้วในปี ค.ศ. 1927 ความเชื่อดังกล่าว กลับต้องเปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิง เมื่อ เวอร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์ก (Werner Heisenberg) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ได้เสนอหลักว่า เราไม่สามารถรู้ตำแหน่งที่อยู่ และโมเมนตัม ของอิเล็กตรอน ได้อย่างเที่ยงตรงพร้อมๆกันได้ เช่น ถ้าวัดหาตำแหน่งได้อย่างแน่นอนแล้ว ค่าของโมเมนตัม ที่วัดออกมาพร้อมๆกันนั้น จะไม่แน่นอนอย่างยิ่ง โดยหลักความไม่แน่นอน (dx dp > hb , โดยที่ hb = h/2pi) ได้แสดงให้เห็นว่า

- ถ้าเราทราบตำแหน่ง ของวัตถุได้อย่างถูกต้องแม่นยำ (dx = 0), จะทำให้เราไม่สามารถ ทราบค่าของโมเมนตัมที่ถูกต้องแม่นยำ (dp = อนันต์)  

- แต่ถ้าเราทราบค่าของโมเมนตัม ได้อย่างถูกต้องแม่นยำ (dp = 0), จะทำให้เราไม่สามารถ ทราบตำแหน่งของวัตถุที่ถูกต้องแม่นยำ (dx = อนันต์)  

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้หลักความไม่แน่นอน ในทางนาโนศาสตร์และนาโนเทคโนโลยี

     การประยุกต์ใช้งาน ทางวิทยาการรหัสลับทางควอนตัม (quantum cryptography) โดยอาศัยหลักการที่ว่า “ปริมาณพื้นฐานทางฟิสิกส์ สามารถตรวจวัดได้ แต่ก็จะเกิดการเปลี่ยนแปลงปริมาณ ที่ต้องการจะตรวจวัดนั้นๆ”

    ซึ่งเป็นการยืนยันว่า เมื่อมีการดักจับข้อมูล ก็จะทำให้ข้อมูลมีการเปลี่ยนแปลงไป เมื่อผู้รับข้อมูลได้รับข้อมูล ที่มีการเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม ก็จะทราบได้ในทันที ว่ามีการดักจับข้อมูลเกิดขึ้น ทำให้ข้อมูลมีความปลอดภัยสูงมาก

    ฟิสิกส์แบบดั้งเดิม เคยทำนายไว้ว่าที่อุณหภูมิ ศูนย์องศาสัมบูรณ์ หรือ 0 เคลวิน อะตอมจะมีพลังงานจลน์เป็นศูนย์ ซึ่งนั่นหมายความว่า อะตอมควรจะหยุดนิ่งอยู่กับที่ ซึ่งเท่ากับว่าอะตอมมีค่า dx = 0 และการที่อะตอม ไม่มีการเคลื่อนที่ ก็แสดงว่าอะตอมต้องมีโมเมนตัมเป็นศูนย์ด้วย เช่นเดียวกัน dp = 0 ซึ่งจะทำให้ dx dp = 0 ซึ่งเป็นไปไม่ได้ ตามหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก ดังนั้นเมื่อใช้หลักความไม่แน่นอน ในการทำนายพฤติกรรม ของอะตอมที่อุณหภูมิ 0 เคลวิน จะพบว่าอะตอม จะไม่หยุดนิ่งเสียทีเดียว แต่จะมีการสั่นเล็กน้อย (dx ไม่เท่ากับ 0 และ dp ไม่เท่ากับ 0) โดยที่อะตอม จะมีค่าพลังงานระดับต่ำที่สุด

    นอกจากตำแหน่ง และโมเมนตัม ของวัตถุแล้ว ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงาน กับเวลา ก็ปฎิบัติตามหลักความไม่แน่นอน เช่นเดียวกัน (dE dt > hb ) คือ ถ้าเราต้องการวัดพลังงานของอนุภาค ให้มีความแม่นยำมากๆ เราก็จะต้องใช้เวลาวัดนานมากเช่นกัน จากหลักการนี้เอง ที่นักฟิสิกส์นำมาใช้เป็นเหตุผล ในการสนับสนุนแนวคิดที่ว่า ในความว่างเปล่า อย่างเช่น สุญญากาศ ก็สามารถ ทำให้เกิดพลังงานขึ้นมาได้เช่นกัน โดยมีหลักฐานสนับสนุนชิ้นสำคัญ คือ ปรากฏการณ์คาซิเมียร์ (Casimir effect) นั่นเอง

    สำหรับคำถามที่ว่า แล้วทำไมเราไม่รู้สึกถึงผลที่เกิดจากหลักแห่งความไม่แน่นอนในชีวิตประจำวัน? อันนี้ก็เนื่องจากว่าค่า hb ที่ปรากฏอยู่ในสมการ มีค่าน้อยมาก (hb = h/2pi ประมาณ 1.054 x 10-34 จูลต่อวินาที) ทำให้ค่าความไม่แน่นอนต่างๆ มีค่าน้อยมาก จนไม่ปรากฏให้เห็น แต่สำหรับอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากๆเช่น อิเล็กตรอนซึ่งมีมวลน้อยมาก (ประมาณ 9.11 x 10-31 กิโลกรัม) ก็จะทำให้ความไม่แน่นอนของตัวแปรบางตัวแปรปรากฏขึ้นให้เห็นได้อย่างชัดเจน ในขณะที่วัตถุต่างๆที่เราเจอในชีวิตประจำวันมีขนาดใหญ่มีมวลมาก จึงทำให้ค่าความไม่แน่นอนของวัตถุเหล่านี้มีค่าน้อยมากจนไม่สามารถตรวจจับได้

แรงคาซิเมียร์ (Casimir force)

    เป็นปรากฏการณ์ที่ทำนายไว้โดย เฮนริก คาร์ซิเมียร์ (H.B.G. Casimir) และได้ถูกนำมาใช้ ในการศึกษาเกี่ยวกับสุญญากาศ ในควอนตัมฟิสิกส์ ทั้งนี้เนื่องจาก
ความว่างเปล่าอย่างสุญญากาศ ทำให้เกิดพลังงานได้ โดยเมื่อนำแผ่นตัวนำ ที่ไม่มีประจุขนาดใหญ่ 2 แผ่นมาวางไว้ใกล้กันในสุญญากาศ จะพบว่ามีแรงดึงดูดแผ่นทั้งสอง ให้เคลื่อนเข้าหากันได้ ทั้งๆ ที่ไม่มีประจุไฟฟ้าหรืออนุภาคใดอยู่เลย โดยแรงดึงดูดที่เกิดขึ้น ระหว่างแผ่นทั้งสองขึ้น มีสาเหตุมาจากสถานะสุญญากาศ ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งอยู่รอบๆ แผ่นตัวนำทั้งสอง เนื่องจากว่าแผ่นทั้งสองอยู่ชิดกันมาก จนทำให้ช่องว่างระหว่างแผ่น มีแต่คลื่นสุญญากาศ ที่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สั้นๆ เท่านั้น ในขณะที่ ด้านนอกแผ่นตัวนำทั้งสอง มีสถานะสุญญากาศ ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ทุกความยาวคลื่น ทำให้ด้านนอกแผ่นตัวนำ มีแรงดันมากกว่าแรงดัน ที่อยู่ระหว่างแผ่น จึงทำให้เกิดการบีบแผ่นตัวนำ ทั้งสองเข้าหากัน

ปรากฏการณ์คาซิเมียร์ สร้างความตื่นเต้น ให้กับวงการฟิสิกส์ยุคใหม่เป็นอย่างมาก เพราะอาจนำไปสู่การค้นพบคำตอบ เกี่ยวกับการขยายตัวของจักรวาล และการมีอยู่ของพลังงานมืด (dark energy) 

แต่สำหรับนาโนเทคโนโลยีแล้ว ปรากฏการณ์คาซิเมียร์ มีประโยชน์เป็นอย่างมาก ต่อการพัฒนาระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (Micro-electromechanical systems, MEMS) และระบบเครื่องกลไฟฟ้านาโน (Nano-electromechanical systems, NEMS) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในชิ้นส่วนย่อย ที่เกี่ยวข้องกับการขับเคลื่อน เช่น เกียร์ และมอเตอร์ เป็นต้น

   ปรากฏการณ์คาซิเมียร์ จัดเป็นอิทธิพลทางควอนตัม ที่สามารถส่งผลถึงคุณสมบัติ ในระดับมหภาคได้
   
    ยกตัวอย่างเช่น  แผ่นเหล็กที่มีพื้นที่ผิว 1 ตารางเซนติเมตร 2 แผ่นที่อยู่ห่างกัน 1 ไมโครเมตร จะมีแรงดึงดูดระหว่างกันประมาณ 10-7 นิวตัน ซึ่งเป็นระดับของแรงที่อุปกรณ์ในปัจจุบันสามารถตรวจจับได้





See Explanation.  Clicking on the picture will download  the highest resolution version available.



รูปแสดงชิ้นส่วนของอุปกรณ์เมมส์ (Micro-electromechanical systems, MEMS) ที่สามารถทำงานโดยใช้แรงคาซิเมียร์ (Credit & Copyright: Umar Mohideen,  U. California at Riverside)

 

ควอนตัมคอมพิวเตอร์ (quantum computer)

สปิน (spin) เป็นสมบัติเชิงแม่เหล็ก ที่เกี่ยวข้องกับการหมุนของอนุภาค ที่ไม่ใช่การหมุนตามปกติ อิเล็กตรอนมีสปิน +1/2 และ -1/2 โดยที่ การเปลี่ยนแปลงกลับไปกลับมา ระหว่างสปิน 2 แบบนี้ สามารถนำไปใช้ กับระบบการทำงานแบบดิจิตอล ระบบเลขฐาน 2 ของคอมพิวเตอร์ โดยใช้สปิน +1/2 แทนที่ 1 และใช้สปิน -1/2 แทนที่ 0 ซึ่งจะนำไปสู่ การพัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์ ที่มีหน่วยข้อมูลพื้นฐานที่เรียกว่าคิวบิต (qubit) อย่างไรก็ตาม ในสภาวะปกติอิเล็กตรอนจะมีคุณสมบัติ ที่ไม่แน่นอนตายตัว อาจเป็นได้ทั้ง 0 หรือ 1 หรือเป็นได้ทั้ง 1 และ 0 ในเวลาเดียวกันก็ได้ ซึ่งสภาวะดังกล่าวเรียกว่าสภาวะซูเปอร์โพสิชัน (superposition) ของ 0 และ 1  จึงทำให้อิเล็กตรอน สามารถทำงานสองอย่างไปได้พร้อมๆกัน จึงทำให้ แต่ละคิวบิต สามารถทำงานได้ เป็นกำลังสองเท่า ของบิตสามัญ (bit) ที่มีค่าเดียวกัน

      จากปรากฏการณ์ดังกล่าวนี้เอง ที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ ได้พัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์ (quantum computer) ขึ้นมา เพื่อใช้ในการคำนวณ เชิงควอนตัม ที่สามารถประมวลผล ได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน เป็นอย่างมาก เช่น สมมุติว่า ใช้คอมพิวเตอร์ ที่มีขนาดสองบิต ในการประมวลผลโจทย์เดียวกัน จะพบว่า ควอนตัมคอมพิวเตอร์ สามารถประมวลผล ทั้งสี่คำตอบ (“0,0” “0,1” “1,0” “1,1”) ได้ โดยใช้การประมวลผล เพียงครั้งเดียว เท่านั้น ในขณะที่คอมพิวเตอร์ธรรมดา ต้องใช้การประมวลผล ถึงสี่ครั้ง จึงจะได้คำตอบ ทั้งสี่ อย่างครบถ้วน 

      นอกจากนี้ คิวบิต ยังสามารถเชื่อมต่อกัน หลายๆ หน่วย โดยที่สภาวะ ของคิวบิตแต่ละหน่วย ยังสามารถส่งผล และมีความเกี่ยวโยง กับคิวบิตหน่วยอื่นๆ ได้ด้วย ซึ่งเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า การพันกันหรือเอนแทงเกิลเมนต์ (entanglement)

ควอนไทเซชันของการสั่นของแลตทิซ

     ในกลศาสตร์ควอนตัม โฟนอน (phonon) เป็นลักษณะหนึ่ง ของการสั่นสะเทือนของแลตทิซ (lattices) ที่มีทวิภาคระหว่าง คลื่น-อนุภาค โดยที่โฟนอน จัดเป็นพฤติกรรมเชิงอนุภาค ของการสั่นของแลตทิซ โดยที่ การศึกษาเกี่ยวกับพฤติกรรมของโฟนอน มีความสำคัญ เป็นอย่างมาก ต่อสาขาฟิสิกส์สถานะของแข็ง (Solid-state physics) ทั้งนี้ก็เพราะว่า โฟนอน เป็นมีบทบาทที่สำคัญ ต่อสมบัติทางกายภาพ ของของแข็งหลายประการ เช่น สมบัติในการนำความร้อน การนำไฟฟ้า หรือในบางครั้งโฟนอน ที่มีช่วงคลื่นยาว จะเป็นต้นกำเนิดของเสียงในของของแข็ง อย่างไรก็ตามพฤติกรรมต่างๆ ของโฟนอน ที่พบในวัสดุนาโน ซึ่งเป็นวัสดุ ที่มีมิติทางกายภาพถูกจำกัดขนาด จะมีความแตกต่างไปจาก พฤติกรรมของโฟนอน ในวัสดุแบบก้อนใหญ่ ซึ่งมีสาเหตุมาจาก ปรากฏการณ์ควอนไทเซชันของโฟนอนนั่นเอง




รูปแสดงความหนาแน่นของสถานะโฟนอน (phonon density of states, PDOS) ของอะตอมคาร์บอนในท่อนาโนคาร์บอนแบบผนังเดี่ยว (single-wall carbon nanotube) ซึ่งเป็นวัสดุระบบหนึ่งมิติ (1D) อะตอมคาร์บอนในชั้นกราฟีน (graphene) ซึ่งเป็นวัสดุระบบสองมิติ (2D) และอะตอมคาร์บอนในกราไฟต์ (graphite) ซึ่งเป็นวัสดุระบบสามมิติ (3D)


      ซึ่งเมื่อพิจารณาแล้วจะเห็นได้ว่าลักษณะความหนาแน่นของสถานะโฟนอนของอะตอมคาร์บอนในวัสดุทั้งสามชนิดนี้จะแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง โดยที่อะตอมคาร์บอนในท่อนาโนคาร์บอนจะมีความหนาแน่นของสถานะโฟนอนไม่ต่อเนื่องกันและแยกออกเป็นช่วงๆ อย่างชัดเจน ซึ่งเกิดจากควอนไทเซชันของอนุภาคโฟนอน (เอกสารอ้างอิง: Science (2000) 289: 1730-1733)

แรงแวนเดอวาลส์

     แรงแวนเดอวาลส์ (van der Waals force) เป็นแรงยึดเหนี่ยวที่อ่อนมาก และเป็นแรงที่มีอิทธิพลเป็นอย่างมาก ต่อสสารที่มีความเล็กในระดับนาโนเมตร แรงแวนเดอวาลส์เกิดขึ้นจากการเหนี่ยวนำไดโพล (induced dipole) โดยอิเล็กตรอน ในสารไม่มีขั้ว ที่มีการเคลื่อนไหวตลอดเวลา ทำให้ในบางเวลา อิเล็กตรอนไหลไปรวมกัน ในบริเวณหนึ่ง มากกว่าอีกบริเวณหนึ่ง ซึ่งเหนียวนำให้เกิดขั้วบวกขั้วลบ แบบชั่วคราวขึ้นมา

     ซึ่งไดโพลชั่วคราวที่เกิดขึ้นนี้ ก็สามารถไปเหนี่ยวนำโมเลกุล ที่อยู่ใกล้กันให้เข้ามาติดกัน ไดโพลชั่วคราวนี้ สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลา แต่ผลรวมนี้ ก็ก่อให้เกิดแรงยึดเหนี่ยว ระหว่างโมเลกุลไม่มีขั้วขึ้นมา อย่างไรก็ตาม แรงแวนเดอวาลส์ เป็นแรงยึดที่อ่อนมาก และเกิดขึ้นเฉพาะโมเลกุลที่ติดกันเท่านั้น ดังนั้น ค่าของแรงแวนเดอวาลส์ จึงขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวสัมผัส ระหว่างโมเลกุล ซึ่งมีผลมาจากรูปร่างและขนาดของโมเลกุลนั่นเอง

      คำอธิบายเกี่ยวกับการเกิดแรงแวนเดอวาลส์ คงต้องอาศัยทฤษฎี เกี่ยวกับฟิสิกส์ควอนตัม มาอธิบายว่าอะตอมทุกชนิด มีอิเล็กตรอนซึ่งเคลื่อนที่อยู่ตลอด ในหลายระดับวงโคจร มีตำแหน่งที่ไม่แน่นอน (dispersion) อยู่ทุกขณะ ซึ่งลักษณะดังกล่าว จะทำให้เกิดไดโพลโมเมนต์ (dipole moment) แบบชั่วคราวขึ้นมาได้ จึงสามารถเหนี่ยวนำ อะตอมใกล้เคียง ให้เกิดไดโพลโมเมนต์ได้ และดึงดูดกันได้ในที่สุด 

      การศึกษาทางด้านนาโนศาสตร์ และนาโนเทคโนโลยี ที่เกี่ยวข้องกับแรงแวนเดอวาลส์ มีมากมาย ยกตัวอย่างเช่น 



    กลุ่มก้อนโมเลกุลบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน (Buckminsterfullerene) หรือบัคกี้บอลที่เชื่อมติดกันด้วยแรงแวนเดอวาลส์


Single-wall carbon nanotubes


    การใช้ท่อนาโนคาร์บอนแบบผนังเดี่ยว (single-wall carbon nanotubes) เป็นชิ้นส่วน ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เชิงโมเลกุล (molecular electronics) โดยเมื่อท่อนาโนคาร์บอน สองท่อถูกดึงให้แตะกัน โดยการอาศัยแรงแวนเดอวาลส์จะทำให้สวิตซ์เปิด (เอกสารอ้างอิง: Science (2000) 289: 94)

การเคลื่อนที่แบบบราวน์ (Brownian motion)

    ทฤษฎีการเคลื่อนที่แบบบราวน์ เป็นมรดกชิ้นเอกชิ้นหนึ่ง ที่ อัลเบิร์ตไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ทิ้งเอาไว้ให้ ซึ่งในเวลาต่อมา ได้รับการพิสูจน์ ว่าถูกต้อง จากการทดลอง ของนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อ ฌอง-บัพติสต์ เปแรง (Jean-Baptiste Perrin)

      และในปัจจุบันนี้ การเคลื่อนที่แบบบราวน์ กำลังมีบทบาทอย่างมาก ต่อการวิจัยทางด้านนาโนศาสตร์ และนาโนเทคโนโลยี ทั้งนี้ เนื่องจากทฤษฎีนี้ สามารถใช้อธิบายพฤติกรรม การเคลื่อนที่ของอนุภาคเล็กๆ ที่แขวนลอยอยู่ในของเหลว โดยอาศัยทฤษฎีพลังงานจลน์ของความร้อน (kinetic theory of heat) ระดับโมเลกุล ซึ่งมีความจำเป็นมาก ในการใช้ศึกษา และการทำนาย ลักษณะการเคลื่อนที่ของอนุภาคนาโน (nanoparticles) เช่น พฤติกรรมของอนุภาคนาโน ที่อยู่ภายในเนื้อวัสดุแบบก้อนใหญ่ (bulk materials) นอกจากนี้ การผสมผสาน ลักษณะการเคลื่อนที่แบบบราวน์ เข้ากับคุณสมบัติทางแรงผิวหน้า (surface force) ของอนุภาคนาโน จะนำไปสู่การพัฒนา วิธีการสังเคราะห์ วัสดุอุปกรณ์ ที่ต้องอาศัยหลักการประกอบตัวเอง
(self-assembly) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ ทฤษฎีดังกล่าว ยังได้นำไปสู่ การพัฒนา มอเตอร์บราวเนียน (Brownian motors) ที่พัฒนาขึ้นจากการเลียนแบบกลไกการทำงานของโมเลกุลมอเตอร์ (molecular motors) เช่น โปรตีนไคเนซิน (kinesin) และโปรตีนไมโอซิน (myosin) ซึ่งสามารถนำมาใช้เป็น ระบบนำส่งยาแบบนำวิถี (drug delivery system) ที่ปลดปล่อยโมเลกุลยา ได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์บางท่าน ยังได้ใช้ทฤษฎีนี้ มาใช้เป็นหลักเกณฑ์ ในการออกแบบจักรกลนาโน (nanomachines) ที่สามารถเคลื่อนที่ ได้อย่างอิสระ ภายในร่างกายสิ่งมีชีวิต เพื่อใช้ในการนำส่งยา แบบนำวิถีหรือรักษาโรคบางชนิด ซึ่งตัวอย่าง ของจักรกลนาโน ที่มีอยู่แล้วในธรรมชาติ และสามารถเคลื่อนที่แบบบราวน์ได้ ก็มีอยู่หลายชนิด เช่น แบคทีเรีย เป็นต้น

     ในปัจจุบันนี้นักนาโนเทคโนโลยี ได้อาศัยหลักการเคลื่อนที่แบบบราวน์ ในระดับอะตอม ในการสร้างกล้องจุลทรรศน์แรงเสียดทาน หรือกล้องเอฟเอฟเอ็ม (Friction Force Microscope, FFM) ที่สามารถใช้วิเคราะห์ พื้นผิวระดับอะตอม โดยการวิเคราะห์แรงเสียดทาน ซึ่งสามารถนำไปประยุกต์ใช้ประโยชน์ได้อย่างมากมาย

เมจิกนัมเบอร์ (Magic number) และโครงสร้างผลึกนาโนที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว

     ในช่วงต้นปี ค.ศ. 1980 มีการค้นพบ เกี่ยวกับกลุ่มก้อนอะตอมโลหะ และผลึกขนาดนาโนของโลหะ ที่น่าสนใจมาก

     นั่นคือ มีการค้นพบว่า กลุ่มก้อนของอะตอมโลหะ ที่มีขนาดที่เฉพาะเจาะจงบางขนาด จะมีความเสถียรมากกว่า กลุ่มก้อนอะตอมโลหะขนาดอื่นๆ

    จากการศึกษาโดยละเอียด พบว่าจำนวนอะตอมทั้งหมด ที่มาประกอบกันเป็นผลึก ที่มีโครงสร้างแบบเปลือกอิเล็กทรอนิกส์ (electronic shell structure) จะมีกฎเกณฑ์ ในการเติบโตที่เป็นระบบ กล่าวคือ ส่วนใหญ่ จะมีจำนวนอะตอม เป็นลำดับตัวเลขที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัว และมีจำนวนเหมือนเดิมทุกครั้ง

     ซึ่งเป็นเรื่องที่แปลกมาก จนราวกับว่าลำดับตัวเลขดังกล่าว เป็นตัวเลขวิเศษ หรือ เมจิกนัมเบอร์ (Magic number)!

     ยกตัวอย่างเช่น กลุ่มก้อนของอะตอมโซเดียม และโลหะอัลคาไลน์บางชนิด จะมีเมจิกนัมเบอร์ ดังนี้คือ 8, 20, 34, 58, 92, 138, 196….. หรือ กลุ่มก้อนอะตอมก๊าซเฉื่อย มีเมจิกนัมเบอร์ดังนี้ คือ 13, 55, 147, 309, 561,…เป็นต้น



รูปแบบจำลองเจลเลียม (Jellium model) แสดงพลังงานศักย์ของอิเล็กตรอน ที่เป็นฟังก์ชั่นของรัศมีของกลุ่มก้อน อะตอมโซเดียมจำนวน 20 อะตอม โดยจำนวนของอิเล็กตรอนทั้งหมด ที่พบในแต่ละชั้นแสดงไว้ทางขวามือสุดของภาพ

(เอกสารอ้างอิง:  Sol. State Phys. (1987) 40: 93)

     ผลึกแบบก้อนใหญ่ (bulk crystals) ของโลหะ จะมีโครงสร้าง ที่ประกอบไปด้วยหน่วยย่อยซ้ำๆ กันที่เรียกว่า แลตทิซ (lattice) และมีการเรียงตัว อย่างเป็นระบบ แต่สำหรับผลึกโลหะขนาดนาโนเมตร (metal nanocrystals) จะมีองค์ประกอบ เป็นกลุ่มก้อนของอะตอม ไม่กี่ร้อยอะตอม ทำให้อะตอมส่วนมาก เป็นอะตอมที่อยู่บริเวณผิวหน้า โดยกลุ่มก้อนอะตอม ของโลหะที่มีขนาดใหญ่มาก จะพบว่าโครงสร้างในระดับอะตอม จะมีผลน้อยมาก ต่อรูปร่างของกลุ่มก้อนทั้งหมด โดยที่รูปทรงของกลุ่มก้อนอะตอม จะขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิว และพลังงานอิสระ ที่อยู่ในบริเวณผิวสัมผัส ของโครงสร้างกลุ่มก้อนแทน

โดยทั่วไปแล้ว

    รูปทรงของผลึก ที่สภาวะสมดุลย์เกิดขึ้น จากการพยายามจัดรูปทรงของผลึก ให้มีพลังงานอิสระ บริเวณผิวหน้าต่อหน่วยปริมาตร น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ สำหรับผลึกขนาดใหญ่ การจัดรูปทรงของผลึกจะเป็นไปตามกฎเกณฑ์แบบ “Wulff construction” แต่ผลึกที่มีขนาดในระดับนาโน (nanocrystals) อาจมีรูปทรงที่แตกต่าง ไปจากกฎเกณฑ์ดังกล่าว ทั้งนี้ อาจเกิดจากการ ที่ผลึกนาโน มีอัตราส่วนระหว่างพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูง จึงทำให้ ผลึกนาโน หรือกลุ่มก้อนอะตอมทั้งกลุ่มก้อน มีการจัดเรียงตัวกันใหม่ กลายเป็นผลึกที่มีรูปทรงใหม่ๆ ที่ไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในผลึกขนาดใหญ่ ยกตัวอย่างเช่น วัสดุแบบก้อนใหญ่ ที่ปกติ มีโครงสร้างผลึกมหภาค เป็นแบบ เฟซ-เซ็นเตอร์-คิวบิก (face-centered cubic หรือ fcc) จะมีโครงสร้างผลึก เป็นแบบไอโคซาฮีดรอน (icosahedron) หรือ ดีคาฮีดรอน (decahedron) แทน เมื่อผลึกมีขนาดอยู่ในระดับนาโน เป็นต้น

    จากการศึกษาพบว่า อนุภาคนาโนของทองคำ โดยส่วนใหญ่ จะมีรูปร่างผลึกเป็นแบบ ทรังเคทคิวบอกตาฮีดรอน (truncated cuboctahedron) อย่างไรก็ตาม มีการค้นพบว่า ผลึกนาโนของทองคำ มีรูปทรงเรขาคณิตแบบอื่นๆ ด้วย เช่น ดีคาฮีดรอน โดดีคาฮีดรอน (dodecahedron) และ ไอโคซาฮีดรอน ดังรูป



ลักษณะโครงสร้างผลึกในระดับนาโนของกลุ่มก้อนโลหะ

 

สมบัติทางแม่เหล็กอันแปลกประหลาด

    สมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุ ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของอะตอม และลักษณะการจับตัว ของอะตอมของธาตุ ที่ประกอบกันขึ้นเป็นวัสดุ โดยที่สามารถแยก สสารและวัสดุ ออกเป็นกลุ่มต่างๆ ตามสมบัติทางแม่เหล็ก ได้ดังนี้

  • กลุ่มไดอาแมกเนติก (diamagnetic) วัสดุที่สามารถแสดงค่า สภาพรับไว้ได้ทางแม่เหล็ก (magnetic susceptibility) ในเชิงลบเล็กน้อยเมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็ก
  • กลุ่มพาราแมกเนติก (paramagnetic) วัสดุที่สามารถ แสดงค่าสภาพรับไว้ได้ทางแม่เหล็ก ในเชิงบวกเล็กน้อย เมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็ก
  • กลุ่มเฟอร์โรแมกเนติก (ferromagnetic)วัสดุที่สามารถ รักษาสภาพแม่เหล็ก ให้คงอยู่ได้ แม้จะไม่อยู่ในสนามแม่เหล็ก หรือทำให้หมดสภาพแม่เหล็กไปได้ โดยต้องการ ทำให้วัสดุกลุ่มนี้มีความสำคัญมากต่องานทางด้านวิศวกรรม


    การอธิบายสมบัติทางแม่เหล็กของสาร จำเป็นต้องอาศัยกลศาสตร์ควอนตัม อีกเช่นกัน กล่าวคือ สารที่มีสภาพเป็นแม่เหล็กนั้น เป็นผลมาจากการสปินภายนอก (โมเมนตัมเชิงมุม (angular momentum) ที่เกิดจากการเคลื่อนที่ รอบนิวเคลียสของอิเล็กตรอน) และสปินภายใน ที่เกิดจากการหมุนรอบตัวเองของอิเล็กตรอน โดยที่อิเล็กตรอนจะมีการสปินเป็นเพียง “ขึ้น” หรือ “ลง” เท่านั้น จึงทำให้อิเล็กตรอน มีสมบัติเป็นขั้วแม่เหล็กคู่ (magnetic dipole moment) ขนาดเล็ก โดยสารที่มีสภาพเป็นแม่เหล็กนั้น เกิดจากการที่อะตอมของสาร มีจำนวนอิเล็กตรอนพวกที่มีสปินขึ้น ไม่เท่ากับพวกที่มีสปินลง ทำให้ค่าโมเมนตัมเชิงมุม หรือโมเมนต์แม่เหล็ก (มีค่าไม่เป็นเป็นศูนย์ ซึ่งจะเกิดขึ้นได้เฉพาะ ในกรณีที่อะตอมมีจำนวนอิเล็กตรอน ไม่เต็มชั้นพลังงานย่อยเท่านั้น

    โดยบริเวณของกลุ่มอะตอม ที่มีโมเมนต์แม่เหล็กหัน ไปในทิศทางเดียวกัน เรียกว่าโดเมนแม่เหล็ก (magnetic domain) สารที่มีสภาพเป็นแม่เหล็ก จะประกอบขึ้นจากโดเมนแม่เหล็กหลายๆ
โดเมน

    อย่างไรก็ตาม สสารและวัสดุต่างๆ ที่มีขนาดอยู่ในระดับนาโน จะมีสมบัติทางแม่เหล็กแตกต่างไป จากวัสดุขนาดใหญ่ ซึ่งสมบัติใหม่ๆ เหล่านี้ ล้วนแล้วแต่มีประโยชน์ เป็นอย่างมากต่อเทคโนโลยีสาขาต่างๆ เช่น เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ ทั้งนี้เนื่องจากว่า หน่วยความจำแบบฮาร์ดดิสก์ ที่ใช้ในปัจจุบัน มีพื้นฐานอยู่บนสภาวะแม่เหล็ก โดยข้อมูลจะถูกจัดเก็บในลักษณะของขั้วแม่เหล็กบนดิสก์ ข้อมูลจะถูกบรรทึก หรืออ่านโดยใช้หัวอ่านพิเศษ โดยอาศัย ปรากฏการณ์ไจแอนต์แมกเนโตรีซิสแตนซ์ (giant magnetoresistance) ซึ่งเกิดจากอิทธิพล ของสนามแม่เหล็กที่มีผลต่อความต้านทานไฟฟ้า โดยกระแสไฟฟ้าที่ผ่านหัวอ่านจะแปรผันไปตามขั้วแม่เหล็กบนแผ่นดิสก์ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะสามารถเพิ่มความจุ ของหน่วยความจำให้มากขึ้น ได้โดยการลดขนาดของอนุภาคแม่เหล็กนาโน เหล่านี้ให้เล็กลงไปเรื่อยๆ แต่วิธีการนี้ก็มีข้อจำกัดที่เรียกว่า “ขีดจำกัดซูเปอร์พาราแมกเนติก (superparamagnetic limit)” ซึ่งเกิดจากการที่หมุดนาโน มีสภาวะทางแม่เหล็กที่ไม่มั่นคง เพราะถูกแทรกแซงด้วยพลังงานความร้อน

    อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันนี้ นักวิจัยของไอบีเอ็ม ได้ก้าวข้ามขีดจำกัดดังกล่าวไปได้ แล้วโดยการพัฒนา “พิซีดัสต์ (pixie dust)” ซึ่งมีลักษณะเป็นชั้นบาง ที่มีความหนาเพียงแค่รูทีเนียม (ruthenium, Ru) 3 อะตอม คั่นอยู่ระหว่างชั้นสารแม่เหล็กสองชั้น และทำงานได้โดยอาศัยสภาพแม่เหล็ก แอนติเฟอร์โร (antiferromagnetism)



ภาพแสดงการทำงานของหน่วยเก็บความจำทั่วไป (ซ้าย)

เปรียบเทียบกับหน่วยเก็บความจำที่ใช้วัสดุตัวกลางแบบใหม่ที่พัฒนาขึ้นโดยบริษัทไอบีเอ็ม (ขวา)

     โดยปกติแล้ว วัสดุเฟอร์โรแมกเนติกจะประกอบไปด้วยโดเมนแม่เหล็กหลายโดเมน โดยที่แต่ละโดเมนถูกคั่นด้วยกำแพงโดเมน (domain wall) แต่เมื่อวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกมีขนาดเล็กลง จนถึงค่าวิกฤติค่าหนึ่ง จะทำให้พลังงานของกำแพงโดเมนมีค่าไม่มั่นคง ซึ่งจะส่งผล ทำให้อนุภาคเฟอร์โรแมกเนติก ทั้งอนุภาคกลายเป็นเสมือนกับโดเมนแม่เหล็กเดี่ยว (single magnetic domain) ซึ่งจะทำให้เกิดสมบัติทางแม่เหล็กแบบใหม่ขึ้นมานั่นคือ “ปรากฎการณ์ซูเปอร์พาราแมกเนติก (superparamagnetic phenomenon)” โดยอนุภาคที่มีสมบัติซูเปอร์พาราแมกเนติก (superparamagnetic particles) จะมีสมบัติแม่เหล็ก ที่ไม่มั่นคงอันเนื่องมาการแปรปรวน ของอุณหภูมิ  โดยอนุภาคเหล่านี้ จะไม่แสดงสมบัติแม่เหล็ก เมื่อไม่ได้รับสนามแม่เหล็กภายนอก อนุภาคซูเปอร์พาราแมกเนติก สามารถนำไปใช้ประโยชน์มากมาย เช่น การใช้นำส่งยาหรือสารออกฤทธิ์ ไปยังอวัยวะเป้าหมายโดยการควบคุมด้วยสนามแม่เหล็ก ภายนอกร่างกาย
เป็นต้น



กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างค่า Magnetization (M) กับค่าความเข้มของสนามแม่เหล็ก (H) ของวัสดุต่างๆ

    แม่เหล็กนาโนเชิงโมเลกุล (molecular nanomagnets) หรือ แม่เหล็กแบบโมเลกุลเดี่ยว (single-molecular magnets, SMMs) เมื่ออยู่ภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤติ โมเลกุลแม่เหล็กเหล่านี้ สามารถแสดงคุณสมบัติลูปฮิสเทอริซิส (hysteresis loop) ซึ่งเป็นคุณสมบัติ ที่ใช้บ่งชี้สภาพความเป็นแม่เหล็ก ของวัสดุขนาดใหญ่ และยังสามารถแสดงพฤติกรรมควอนตัมทัลเนลลิ่ง ของการอัดฟลักซ์แม่เหล็ก (quantum tunneling of magnetization, QTM) และการแทรกสอดของสภาวะควอนตัม (quantum phase interference) ซึ่งเป็นสมบัติของแม่เหล็ก ที่สามารถพบได้ในระดับนาโนเท่านั้น โดยสมบัติเชิงแม่เหล็กที่เกิดขึ้น ในระดับนาโนเหล่านี้ไปใช้ประโยชน์ได้อย่างมากมาย เช่น ใช้ในการคำนวณเชิงควอนตัม (quantum computing) หน่วยเก็บความจำแบบนาโนบิต หน่วยความจำแบบสปินทรอนิกส์ (spintronic memory chips) และนาโนเซ็นเซอร์ เป็นต้น

สีสันอันแปลกประหลาด

    ทองคำแบบก้อนใหญ่ มีสีเหลือง อันเนื่องมาจากทองคำ ดูดกลืนแสงสีน้ำเงิน ที่อยู่ในช่วงปลายของสเปกตรัมคลื่นแสง ที่มองเห็นได้ แต่ถ้าย่อขนาดทองคำ ให้เล็กลงไปเรื่อยๆ จนมีขนาดอนุภาคเล็กกว่าความยาวคลื่นแสงที่มากระทบมากๆ จะทำให้ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “เซอร์เฟจ พลาสมอน เรโซแนนซ์ (surface plasmon resonance, SPR)” ซึ่งจะทำให้อนุภาคทองคำ เปลี่ยนไปดูดกลืนแสงสีเขียว (ความยาวคลื่นประมาณ 520 นาโนเมตร) แทน ซึ่งจะส่งผลให้อนุภาคนาโนของทองคำ มีสีแดงทับทิม (ruby red) !!

    อย่างไรก็ตามถ้าควบคุมให้อนุภาคนาโนทองคำ กลับมารวมตัวกันเป็นกลุ่มก้อนที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ก็จะทำให้ทองคำเปลี่ยนไป เป็นสีอื่นได้ตั้งแต่สีชมพูจนถึงสีม่วง ซึ่งปรากฏการณ์นี้เอง สามารถนำทองคำนาโน ไปประยุกต์ใช้ในการเป็นไบโอเซ็นเซอร์ ตรวจจับสารชีวภาพ ชนิดต่างๆ หรือนำไปใช้ทางด้านออปโตอิเล็กทรอนิกส์



    เซอร์เฟจ พลาสมอน เรโซแนนซ์ เป็นคลื่นความหนาแน่นของประจ ุที่เกิดจากการสั่นของอิเล็กตรอนอิสระ ที่มีลักษณะการสั่นพร้อมเพรียงกัน เป็นปรากฏการณ์ ที่เกิดขึ้นบริเวณรอยผิวต่อของโลหะกับสารไดเล็กทริก เช่น ระหว่างทองหรือเงินกับอากาศหรือสารละลาย โดยที่ขนาด  ยอดคลื่น และความกว้าง ของสเปกตรัมพลาสมอนเรโซแนนต์ของวัสดุต่างๆ จะขึ้นอยู่กับขนาด รูปร่าง ประเภทของวัสดุ และสภาพแวดล้อมรอบๆวัสดุนั้น

    โลหะชนิดอื่น นอกเหนือไปจากทองคำ ก็สามารถแสดงปรากฏการณ์เชิงแสง ในลักษณะเดียวกันนี้ได้เช่นกัน เช่นอนุภาคนาโนของเงิน จะมีสีเหลืองเข้ม แทนที่จะเป็นสีเงินวาวที่เราคุ้นเคย อย่างไรก็ตามโลหะส่วนใหญ่ จะมีความถี่เรโซแนนต์ อยู่ในช่วงใกล้รังสียูวีซึ่งอยู่นอกสเปกตรัม ของช่วงแสงที่มองเห็น นอกจากนี้อนุภาคนาโน ของโลหะเกือบทุกชนิด ไม่สามารถคงตัวอยู่ในรูปอนุภาคนาโน ได้นานในสภาวะแวดล้อมตามปกติ ทำให้เราไม่ค่อยพบปรากฏการณ์นี้ในโลหะชนิดอื่นๆ




รูปแสดงการเปรียบเทียบลักษณะการดูดกลืนแสงของโลหะอัลคาไลน์ที่แตกต่างกันไปตามขนาดของกลุ่มก้อนอะตอมโลหะ (a) อะตอมโลหะ (b) โลหะแบบก้อนใหญ่ และ (c) อนุภาคนาโนของโลหะ


     สมบัติในการดูดกลืนแสง อันแปลกประหลาดของอนุภาคนาโนชนิดต่างๆ ยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้อย่างมากมาย เช่นการผลิตเปลือกนาโน (nanoshell) ซึ่งมีลักษณะเป็นอนุภาคทรงกลม ที่มีเปลือกนอกเป็นชั้นทองคำ ห่อหุ้มแกนกลางที่เป็นสารไดอิเล็กทริก (dielectric) เช่น ซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) ซึ่งจะทำให้สมบัติเชิงแสง ของอนุภาคนาโนดังกล่าวเปลี่ยนแปลง ไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง คือสามารถดูดกลืนคลื่นในช่วงใกล้อินฟราเรด (near infra-red) แทนที่จะดูดกลืนคลื่นในช่วงแสงที่มองเห็น ทำให้สามารถนำเปลือกนาโน ไปพัฒนาเป็นวิธีการทำลายเซลล์มะเร็ง โดยการใช้ความร้อนได้ (hyperthermia)

คุณสมบัติที่เปลี่ยนไป (เชิงเคมี เชิงกล การละลาย จุดหลอมเหลว)

พื้นที่ผิวหน้าที่แปลกประหลาดและความว่องไวในการปฏิกิริยาเคมี

     วัสดุที่มีขนาดในระดับนาโนเมตร จะมีอัตราส่วนระหว่างพื้นที่ผิวต่อปริมาตร (surface-to-volume) สูงมาก เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุชนิดเดียวกัน ที่มีขนาดใหญ่กว่า ยกตัวอย่างเช่น อนุภาคทองคำที่มีขนาด 2 นาโนเมตรจะมีพื้นที่ผิวสูงถึง 150 ตารางเมตรต่อกรัมเลยทีเดียว


ภาพแสดงการประมาณจำนวนอะตอมและพื้นที่ผิวของอนุภาคทองคำนาโนที่มีขนาดแตกต่างกัน


    สัดส่วนของอะตอมผิวหน้า จะเพิ่มมากขึ้นเมื่ออนุภาคมีขนาดเล็กลง ยกตัวอย่างเช่น อนุภาคนาโนที่มีขนาด 3 นาโนเมตร จะมีจำนวนอะตอมอยู่บริเวณผิวหน้า ประมาณร้อยละ 45 แต่เมื่ออนุภาคมีขนาดเล็กลงเหลือ 1 นาโนเมตร จะมีจำนวนอะตอมผิวหน้า เพิ่มขึ้นเป็นร้อยละ 76 ซึ่งจากการที่วัสดุนาโน มีอะตอมจำนวนมาก อยู่ที่บริเวณผิวหน้า จะส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาเคมีบนพื้นผิวหน้าวัสดุได้ง่าย และยังเป็นการส่งเสริม ให้เกิดปรากฏการณ์ต่างๆ อันเนื่องมาจากอิทธิพลของเคมีผิวหน้า ประโยชน์ที่ได้จากการเพิ่มปริมาณพื้นที่ผิว ของอนุภาคนาโน ที่เห็นได้อย่างชัดเจนคือ การนำไปใช้ในการเร่งปฏิกิริยาเคมี และการใช้เป็นตัวกรองแบบพิเศษ




รูปเปรียบเทียบจำนวนอะตอมผิวหน้า (สีแดง) ของวัสดุแบบก้อนใหญ่กับอนุภาคที่มีขนาดในระดับนาโน


     การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมีของวัสดุ เมื่อวัสดุมีปริมาณอะตอมผิวหน้ามากขึ้น  อาจมีสาเหตุมา จากอิทธิพลอิเล็กทรอนิกส์และและอิทธิพลสเตอริก (electronic and steric effects) โดยที่อิทธิพลอิเล็กทรอนิกส์ (electronic effect) จะเกี่ยวข้องกับความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ที่บริเวณศูนย์กลางปฏิกิริยา (reaction center) เช่นการเกิดประจุบวกหรือประจุลบขึ้น  ส่วนอิทธิพลสเตอริก (steric effect) จะเกี่ยวข้องกับลักษณะ รูปร่าง และความเกะกะภายในโครงสร้าง

    นาโนเทคโนโลยี เกี่ยวข้องกับการประกอบอะตอม หรือโมเลกุล ให้กลายเป็นโครงสร้างสังเคราะห์ ที่เล็กในระดับนาโนเมตร (nanostructures) ซึ่งโครงสร้างดังกล่าวนี้ มีความว่องไวในการทำปฏิกิริยาเคมีต่างๆ มาก โดยเฉพาะการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่น ยกตัวอย่างเช่น ในกรณีของสารโลหะบางชนิด ซึ่งปกติแล้วมักจะมีชั้นผิวนอกสุด เป็นสารประกอบออกไซด์ ที่มีความหนาอย่างน้อยหลายไมโครเมตร  ดังนั้นถ้านำสารโลหะชนิดเดียวกันนี้ มาสังเคราะห์เป็นโครงสร้างในระดับนาโนเมตร ก็จะทำให้โครงสร้างนาโนของโลหะชนิดนี้ เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นทั้งโครงสร้าง ดังนั้นจึงไม่มีปัญหา ในการนำอนุภาคนาโน หรือฟิล์มบางนาโน ที่เป็นสารประกอบออกไซด์หรือซิลิเกต ไปใช้ประโยชน์ เพราะว่าทุกส่วนของโครงสร้างนาโนเหล่านี้ ล้วนแล้วแต่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ในอากาศไปเรียบร้อยแล้วทั้งสิ้น 

    ตัวอย่างการนำโครงสร้างนาโน ที่เป็นสารประกอบออกไซด์ไปใช้ประโยชน์ได้แก่ การใช้เป็นส่วนผสมของครีมกันแดด(ZnO, TiO2) ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับอุตสาหกรรมแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอน ใช้เป็นฟิลเลอร์ (filler) สำหรับพอลิเมอร์ และใช้เคลือบผิวหน้าของวัสดุต่างๆให้กลายเป็นวัสดุทำความสะอาดตัวเอง เป็นต้น

     แต่ในทางกลับกัน ถ้าต้องการให้โครงสร้างนาโนเหล่านี้สามารถนำไฟฟ้าได้ หรือต้องการนำโครงสร้างนาโน ไปเชื่อมติดกับโมเลกุลสารอินทรีย์ที่ซับซ้อนชนิดต่างๆ ก็จำเป็นต้องหาวิธีการที่ป้องกัน ไม่ให้ผิวหน้าของโครงสร้างนาโนเหล่านี้ เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่น ยกตัวอย่างเช่นการปกป้องผิวหน้า ของโครงสร้างนาโนที่เป็นสารประกอบซิลิเกต ด้วยการเคลือบด้วยฟิล์มที่เป็นชั้นโมเลกุลไฮโดรเจน

ความสามารถในการละลายดีขึ้น

     เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่า ผลึกที่มีขนาดเล็กในระดับนาโนเมตร จะมีความสามารถในการละลายสูงกว่าผลึกที่มีขนาดใหญ่ โดยที่ความสัมพันธ์ ระหว่างความสามารถในการละลาย กับขนาดของวัสดุ ได้แสดงไว้ในสมการ ที่ดัดแปลงมาจากสมการเคลวิน (Kelvin equation) คือ

S/S0 = exp [2GV/rRT]

     โดยที่ค่า S/S0 คืออัตราส่วน ระหว่างการละลาย ของอนุภาคกับการละลายของวัสดุแบบก้อนใหญ่, G คือแรงตึงผิว, V คือปริมาตรในหน่วยโมลาร์, r คือรัศมีของอนุภาค, R คือค่าคงที่ของก๊าซ และ T คืออุณหภูมิห้อง (K)

     ยกตัวอย่างเช่น อนุภาคควอตซ์ที่มีรัศมีประมาณ 100 นาโนเมตร จะมีค่าการละลายใกล้เคียงกับควอตซ์แบบก้อนใหญ่ (bulk quartz) แต่อนุภาคควอตซ์ที่มีรัศมี 1 นาโนเมตรจะมีค่าการละลายสูงกว่าควอตซ์ปกติเกือบ 1,000 เท่า



รูปแสดงการเปรียบเทียบความสามารถในการละลาย ของควอตซ์ที่มีเกรนในระดับนาโนเมตร กับควอตซ์แบบก้อนใหญ่

(เอกสารอ้างอิง:  Rev. Mineral. (1990) 23: 133)

ปรากฏการณ์ใหม่ๆที่เกิดขึ้นจากกฎการเปลี่ยนขนาด (Scaling law)

     นาโนเทคโนโลยี ไม่ได้เป็นแค่เพียงการพยายามย่อขนาด ของสิ่งต่างๆให้เล็กลง ไปในระดับนาโนเมตร แต่ยังเป็นเทคโนโลยี ในการประกอบชิ้นส่วนประกอบต่างๆ ที่มีขนาดเล็กในระดับนาโนเมตร ดังนั้นจึงต้องมีการคำนึงถึง ปรากฏการณ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้น และเปลี่ยนแปลงไป เมื่อมีขนาดเล็กลง เช่นการที่วัตถุ มีขนาดเล็กลง จะทำให้อัตราส่วน ของพื้นที่ผิวต่อปริมาตรมากขึ้น และสิ่งที่เราต้องระลึกถึงอยู่เสมอ ในขณะที่เรากำลังพยายามลดขนาด สิ่งใดสิ่งหนึ่งก็คือ “ในขณะที่ระบบหรือวัตถุมีขนาดลดลง เราต้องไม่ลืมว่า เราไม่อาจลดขนาดสิ่งต่างๆ ได้อย่างมีสัดส่วนเสมอไป”

    ส่วนการที่วัตถุมีขนาดเล็กลง จะทำให้อัตราส่วนของพื้นที่ผิวต่อปริมาตร มากขึ้น ซึ่งทำให้มีทั้งข้อดีและข้อเสียดังนี้

1. แรงเสียดทาน (friction force) จะมีอิทธิพลมากกว่าความเฉื่อย (internal force) จึงทำให้แรงตึงผิว (surface tension) แรงไฟฟ้าสถิตย์ (electrostatic force) และแรงดึงดูดระหว่างผิวอะตอม จะมีผลเป็นอย่างมาก ต่อการทำงานของอุปกรณ์ขนาดเล็กๆ
2. การสูญเสียความร้อน (heat dissipation) จะมีค่ามากกว่าการกักเก็บความร้อน (heat storage) จึงทำให้มีผลต่อการนำความร้อน (thermal conduction) และการถ่ายเทความร้อน (thermal transport) ในโครงสร้างขนาดเล็ก

3. การถ่ายเทมวล (mass transportation) และพลศาสตร์ของไหล (fluid dynamics) จะมีผลเป็นอย่างมากเมื่อปริมาตรของของไหล มีค่าน้อยลง ซึ่งคุณสมบัติในข้อนี้มีผลเป็นอย่างมาก ในการควบคุมทิศทางการไหล ของของเหลวภายในท่อหรือร่องเล็กๆ ของอุปกรณ์ประเภทไมโครฟลูอิดิกส์ (microfluidics) ที่ต้องควบคุมการไหล ของของเหลวให้ได้ในระดับไมโครลิตร (10-6 ล.) หรือนาโนฟลูอิดิกส์ (nanofluidics) ต้องควบคุมการไหลของของเหลวให้ได้ในระดับนาโนลิตร(10-9 ล.) หรือพิโคลิตร (10-12 ล.)

4. คุณสมบัติของของเหลวที่ระดับนาโนจะขึ้นอยู่กับความหนืด (viscosity) เป็นหลัก ยกตัวอย่างเช่น น้ำที่ระดับนาโน จะมีคุณสมบัติแตกต่าง ไปจากน้ำที่เราคุ้นเคยเป็นอย่างมาก นั่นคือน้ำในระดับนาโน จะเป็นของเหลวที่มีความหนืดและเหนียวมาก ทำให้วัตถุขนาดเล็กต่างๆ ที่ถูกห้อมล้อมไปด้วยโมเลกุลน้ำจะเคลื่อนที่ได้ช้า

5. การสร้าง การประกอบ การบรรจุวัสดุและอุปกรณ์ขนาดเล็กในระดับนาโนทำได้ยาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องพัฒนาวิธีการใหม่ๆ มาใช้

Movie Clip

รูปแสดงส่วนหนึ่งของภาพยนตร์เรื่อง Fantastic Voyage ซึ่งสร้างจากบทประพันธ์ของ Isaac Asimov และออกฉายในปี ค.ศ. 1966  

เป็นเรื่องราว เกี่ยวกับการย่อส่วนกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ และเรือดำน้ำจิ๋วให้เล็กลง จนสามารถเดินทางเข้าไปในร่างกาย ผู้ป่วยผ่านทางกระแสเลือดไปยังจุดเป้าหมายในการรักษา 


     แต่ในความจริงแล้วนั้น... เหตุการณ์ดังกล่าวก็คงเป็นได้เพียงความฝันเท่านั้น



...เพราะสมบัติของของเหลว และสสารที่เล็กในระดับนาโนนั้น จะแตกต่างไปจากคุณสมบัติที่เราคุ้นเคย เป็นอย่างมาก เช่น ของเหลวจะมีความหนืดและเหนียวมาก หรือการที่อะตอมแต่ละตัวในโมเลกุลหนึ่ง จะทำปฏิกิริยากับอะตอมแทบทุกตัว ที่อยู่ในบริเวณใกล้เคียง ดังนั้นการที่เรือดำน้ำจิ๋วนี้เคลื่อนที่ หรือทำงานได้อย่างในภาพยนตร์ จึงแทบจะไม่มีโอกาสเป็นไปไม่ได้เลย ในทางปฏิบัติ

    อย่างไรก็ตามจักรกล ที่มีอยู่ในธรรมชาติ เช่น เอนไซม์ ATPase เฟลกเจลลาร์ของแบคทีเรีย (bacterial flagella) และโปรตีนไมโอซิน-วี (myosin-v) ซึ่งทั้งหมดล้วนแล้วแต่เป็นจักรกลชีวภาพที่เกิดจากการประกอบตัวเองของอะตอมชนิดต่างๆ และทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานให้กับเซลล์สิ่งมีชีวิต เป็นตัวขับเคลื่อน ให้เซลล์สิ่งมีชีวิตเคลื่อนที่ไปมาได้ และเป็นตัวขนส่งสารชีวโมเลกุล ภายในเซลล์สิ่งมีชีวิต ได้กลายเป็นแรงบันดาลใจ ที่ทำให้นักนาโนเทคโนโลยี พยายามหาวิธีการลอกเลียนแบบ เพื่อสร้างอุปกรณ์ขนาดนาโนชนิดต่างๆ เช่น การสร้างชิ้นส่วนต่างๆ ของอุปกรณ์นาโนด้วยวิธีแบบเล็กไปใหญ่ (bottom-up) เป็นต้น ดังนั้นอาจจะกล่าวได้ว่า “ยิ่งนาโนศาสตร์และนาโนเทคโนโลยีก้าวหน้ามากขึ้นเท่าไร ก็ยิ่งทำให้วิธีการ ที่มนุษย์ใช้ในการสร้างสิ่งต่างๆ เข้าใกล้วิธีที่ธรรมชาติใช้ในการสร้างสรรค์ สิ่งต่างๆ ขึ้นมามากขึ้นเท่านั้น”

บทสรุป และ เกี่ยวกับผู้เขียน

บทสรุป

     ทุกวันนี้ แนวโน้มในการพัฒนาทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ทุกสาขาวิชากำลังถูกย่อขนาดให้เล็กลง จนเข้าสู่ขนาดนาโนอย่างรวดเร็ว ยกตัวอย่างเช่น นักฟิสิกส์และวิศวกร ต่างก็พยายามหาวิธีการสร้างวัสด ุและอุปกรณ์ต่างๆ ให้มีขนาดเล็กลง ในขณะที่นักเคมี และนักชีววิทยา กลับพยายามหาวิธีการเชื่อมต่อ อะตอมและโมเลกุลต่างๆ เข้าด้วยกันเพื่อที่จะสังเคราะห์โครงสร้างเคมี ที่มีขนาดใหญ่มากขึ้นเรื่อยๆ  

    ดังนั้นสิ่งต่างๆ ที่มีความเล็กอยู่ในระดับนาโนนั้น จึงไม่ได้จำกัดอยู่ในวิทยาศาสตร์ สาขาใดสาขาหนึ่งเท่านั้น จึงเป็นผลทำให้นาโนศาสตร์ และนาโนเทคโนโลยี เปรียบเสมือนเป็นศูนย์รวมของวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีหลายแขนง ตั้งแต่ ฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา วัสดุศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ คอมพิวเตอร์ เป็นต้น นอกจากนี้การผสมผสานศาสตร์หลายๆ สาขาเข้าด้วยกันนั้น ยังเป็นการเปิดโอกาสให้เกิดศาสตร์ แขนงใหม่ขึ้นมาอีกมากมาย

     เนื้อหาทั้งหมด ที่ปรากฎในบทความนี้ เป็นเพียงแค่ส่วนหนึ่ง ของความรู้ความเข้าใจ เกี่ยวกับนาโนศาสตร์ และนาโนเทคโนโลยี เท่านั้น แต่ปริศนาอันลึกลับ ของนาโนศาสตร์ และศักยภาพอันยิ่งใหญ่ของนาโนเทคโนโลยี ยังคงรอการค้นพบและยังคงรอเวลา ที่จะการพิสูจน์ศักยภาพของตัวเอง อยู่อีกมากมายในขณะนี้!

หมายเหตุ บทความนี้ผู้เขียนได้ตั้งใจเขียนขึ้น เพื่อใช้เผยแพร่ความรู้ทางด้านนาโนศาสตร์ และนาโนเทคโนโลยี ผ่านทาง วิชาการ.คอม (http://www.vcharkarn%20.com/) โดยเฉพาะ ดังนั้นผู้อ่านท่านใด ที่ต้องการนำเนื้อหาและรูปประกอบของบทความนี้ ไปทำซ้ำหรือเผยแพร่ต่อ ในสื่อหรือสิ่งพิมพ์อื่นๆ กรุณาให้เกียรติผู้เขียน และวิชาการ.คอม ทุกครั้ง เพื่อเป็นการส่งเสริม ให้สังคมไทย เป็นสังคมแห่งปัญญาอย่างแท้จริง

แหล่งข้อมูลอ้างอิงและรูปภาพประกอบ

Nature Mat. (2003) 2: 437–438

Rev. Adv. Mat. Sci. (2005) 10: 105-109

Science (2000) 289: 1730-1733

Sol. State Phys. (1987) 40: 93–181

Rev. Mineral. (1990) 23: 133

Adv. Phys. (1993) 42(2): 173-266

Nano. Lett. (2000) 4: 1975

Appl. Phys. Lett. 77. 3806 (2000)

Chem. Lett. (1987) 2: 405

Mat. Sci. Eng. (1998) R23: 139

Scientific American (1996) December 42 (R.W. Siegel)

Philos. Mag. A (2002) 82(10): 2071 (Y.Y. Lim and M.M. Chaudhri)

Acta. Metall. (1987) 35: 1571

http://www.nano.fraunhofer.de/de/dienste/modellierung_iwm.html

สาร NECTEC (2547) ฉบับที่ 60 หน้า 6-14

เทคโนโลยีวัสดุ (2549) ฉบับที่ 42 หน้า 8-12

เกี่ยวกับผู้เขียน
  ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา ปัจจุบันทำงานเป็น นักวิชาการประจำ สวทช.



ดร. ณัฐพันธุ์ ไม่เพียงเป็นหนึ่งในนักวิชาการชั้นนำของ สวทช. แต่ยังเป็นคนที่ถ่ายทอด
เรื่องราววิทยาศาสตร์ได้อย่างดีเยี่ยม อ่านง่าย เข้าใจง่าย



ดร.ณัฐพันธุ์ เป็นอีกหนึ่งท่าน ที่ขอเป็นอีกแรง ช่วยผลักดัน การเผยแพร่เรื่องราววิทยาศาสตร์ดีๆ
สู่ประเทศไทย ผ่านวิชาการ.คอม


 


กูเกิ้ล เอิร์ธ (Google Earth) ท่องโลกด้วยปลายนิ้ว

แนะนำกูเกิ้ลเอิร์ธ โปรแกรมท่องโลกในรูปแบบ 3 มิติ พร้อมทั้ง การนำไปให้บริการ และ คู่มือการใช้งานเบื้องต้น

ผู้เขียน: VMaster

แนะนำ

     Google Earth นับเป็นอีกรูปแบบหนึ่งของ Google ในการสร้างระบบติดต่อกับผู้ใช้งาน (user interfacing) เพื่ออำนวยความสะดวกในการค้นหาข้อมูลและทำให้การแสดงผลข้อมูลมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ในครั้งนี้ Google ได้นำเอาภาพถ่ายทางอากาศและภาพถ่ายจากดาวเทียมมาผสมผสานกับเทคโนโลยี streaming และทำการเชื่อมโยงข้อมูลจากฐานข้อมูลของ Google เองเพื่อนำเราไปยังจุดต่าง ๆ ที่ต้องการบนแผนที่โลกดิจิตอล

     แผนที่นี้เกิดจากการสะสมภาพถ่ายจากหลาย ๆ แหล่งข้อมูล จากดาวเทียมหลายดวง เพียงแต่นำมาประติดประต่อกันเสมือนกับว่าเป็นผืนเดียวกัน แต่ละจุดจะมีความละเอียดของภาพถ่ายไม่เท่ากัน แต่ด้วยความสามารถในการประมวลผลภาพถ่ายทำให้เราเสมือนกับว่าเป็นพื้นเดียวกัน จากนั้นก็นำเอาข้อมูลอื่น ๆ มาซ้อนทับภาพถ่ายเหล่านี้อีกชั้นหนึ่ง ซึ่งแต่ละชั้น (layer) ก็จะแสดงรายละเอียดต่างเช่น ที่ตั้งโรงพยาบาล สถานีตำรวจ สนามบิน และชั้นของข้อมูลอื่น ๆ อีกมากมาย ทั้งแบบที่ Google จัดเตรียมไว้ให้แล้ว หรือ มีบริษัทอื่น ๆ มาในบริการชั้นข้อมูลเหล่านี้ รวมไปถึงชั้นข้อมูลที่เรากำหนดขึ้นเอง ประโยชน์ที่ได้รับถือว่ามากมายมหาศาล บริการนี้ช่วยให้เราศึกษาข้อมูลก่อนเดินทางได้เป็นอย่างดี ทำให้เราสามารถค้นหาที่ตั้งของโรงแรมที่เราจะเดินทางไปพัก เส้นทางต่าง ๆ ของเมืองที่เราจะเดินทางไป รวมถึงแหล่งข้อมูลอื่น ๆ เช่น สภาพดินฟ้าอากาศ แต่ที่สำคัญที่สุดคิดว่าน่าจะเป็นการนำเอา Google Earth มาเป็นสื่อในการเรียนรู้ ในทุก ๆ ระดับการศึกษา รวมไปถึงการเรียนรู้ด้วยตนเอง เป็นครั้งแรก ที่ทำให้เราเข้าถึงภาพถ่ายดาวเทียมและภาพถ่ายทางอากาศได้อย่างสะดวกและรวดเร็ว คิดว่าเครื่องมือนี้จะทำให้เราเข้าใจโลกของเราได้มากขึ้น

     เครื่องมือที่อยู่ภายใต้ความสำเร็จนี้คือ XML (Extensible Markup Language) ซึ่งมีการกำหนดคุณสมบัติพิเศษขึ้นมาและเรียกว่า KML (Keyhole Markup Language) Google ใช้ KML นี้ในการสร้างชั้นข้อมูลต่าง ๆ การแสดงข้อมูลทั้ง จุด ลายเส้น หรือรูปหลายเหลี่ยมต่าง ๆ ล้วนสร้างมาจาก KML ทั้งสิ้น เวอร์ชันปัจจุบันเรียกว่า KML 2.0 ส่วนรูปแบบที่จัดเก็บไว้จะเป็นรูปแบบที่ประหยัดพื้นที่เรียกว่า KMZ ซึ่งกับคือ zip format ของ KML นั่นเอง

     สำหรับรูปแบบการทำงานของ Google Earth นั้นก็จะเป็นการทำงานแบบ client-server โปรแกรมส่วนที่พวกเราใช้งานจะเรียกว่า Google Earth client ซึ่ง Google ให้เรามาใช้งานฟรี เพื่อดูข้อมูลต่าง ๆ ภายใต้ข้อจำกัดเกี่ยวกับรายละเอียดของภาพ แต่จะว่าไปแล้วก็ไม่ได้ฟรีจริง ๆ นะ เพราะเขาก็จะได้ประโยชน์จากพวกเราในแง่ข้อมูลต่าง ๆ ที่พวกเราเข้าไปค้นหา และสะสมความรู้ที่ได้จากการค้นหาของพวกเราไว้ใช้งานต่อไป

    นอกจาก Google จะให้บริการแบบไม่คิดค่าใช้บริการแล้ว ยังมีการให้บริการในรูปแบบอื่น ๆ อีกด้วย ซึ่งแต่ละแบบก็จะมีความสามารถที่แตกต่างกัน เช่น สามารถนำข้อมูลจาก GPS receiver มาประกอบข้อมูลของ Google Earth ได้ รวมถึงการให้บริการสร้าง server ของตนเองขึ้นมาโดยการนำข้อมูลมารวมกับแหล่งข้อมูล GIS ของเราเองได้อีกด้วย
 

การนำไปให้บริการ

    การให้บริการนี้ทำให้เกิดการให้บริการอื่น ๆ ตามมาอีกมากมาย เช่น ระบบที่เกี่ยวข้องกับการประกันภัย การขนส่ง การออกแบบสถาปัตยกรรม รวมไปถึงการทหารและการป้องกันประเทศอีกด้วย

    ปัจจุบันมีการพัฒนาการให้บริการที่ผสมผสานกับข้อมูลของ Google Earth หลายอย่างเช่น ในธุรกิจอสังหารินทรัพย์ มีการแสดงภาพการพัฒนาที่ดิน ทำให้ผู้เกี่ยวข้อง ตั้งแต่แหล่งเงินของโครงการ ไปจนถึงผู้ซื้อ สามารถมองเห็นรูปแบบของโครงการได้อย่างชัดเจน ทำให้การประเมินศักยภาพของโครงการเป็นไปด้วยความสะดวกและชัดเจน การวางแผนการจัดการเกี่ยวกับผู้อยู่อาศัยก็สามารถ เห็นภาพได้อย่างชัดเจน รวมถึงจะเอื้อประโยชน์ต่อรุกิจอื่น ๆ อีกมากมาย เช่น ธุรกิจเกี่ยวกับที่พักอาศัย บ้านเช่าต่าง ๆ

     Google Earth ยังช่วยให้ธุรกิจงานทางด้านสถาปัตยกรรมและการก่อสร้างแสดงรูปแบบของโครงการในรูปแบบของ โมเดลของโครงการที่จะสร้างขึ้นมาว่า มีลักษณะเป็นอย่างไรเมื่อการก่อสร้างแล้วเสร็จ

คู่มือการใช้งาน (1)

ขั้นตอนการใช้งานโปรแกรม Google Earth ดังนี้


1. เริ่มต้นโดยการ search คำว่า “Google Earth” จากเว็บไซต์ www.google.com


จากนั้น ทำการ Download program และทำการ Install program


2. เมื่อทำการ Install program เรียบร้อยแล้ว เราจะสามารถเห็นหน้าจอการใช้งานดังรูป ด้านล่างนี้

ส่วนที่ 1 : การค้นหาตำแหน่งสถานที่ตั้ง (Search)


เราสามารถทำการ Search ข้อมูลสถานที่ต้องการได้ โดยการกรอกข้อมูลลงในช่องกรอกรายละเอียด


จากนั้นทำการกดปุ่ม Search โดยแบ่งเป็นประเภทของการค้นหาข้อมูลได้ 3 ลักษณะคือ


- Fly to : ค้นหาแบบระบุชื่อสถานที่หรือกำหนดพิกัด


- Local search : ค้นหาแบบกำหนดเงื่อนไขว่าต้องการหาอะไรที่ไหน (เช่นหาร้าน Pizza ที่เมือง San Francisco, CA)


- Directions : ค้นหาแบบกำหนดเงื่อนไขว่าต้องการเดินทางจากเมืองต้นทางไปยังเมืองปลายทาง


(โปรแกรมจะบอกเส้นทางว่าจะต้องเลี้ยวทิศไหนระยะทางเท่าไหร่บนถนนชื่ออะไร)

ภายหลังจากกดปุ่ม Search คำว่า bangkok (แบบ Fly to) โปรแกรมจะแสดงภาพของสิ่งที่เราค้นหา

คู่มือการใ้ช้งาน (2)

ส่วนที่ 2 : การเลือกสถานที่สำคัญจากทั่วโลก (Places)


เราสามารถทำการค้นหาสถานที่สำคัญที่ต้องการจากทั่วโลกได้ โดยการคลิกที่ชื่อสถานที่นั้น


(สามารถเพิ่มเข้าไปได้เองภายหลัง) และโปรแกรมจะแสดงภาพของสถานที่ดังกล่าวเช่นเดียวกับใช้คำสั่ง


Fly to ใน Search

*ในภาพคือ Olympic, Sydney NSW, Australia

ส่วนที่ 3 : แสดงตำแหน่งที่ตั้งจากข้อความสำคัญ (Layer)


เราสามารถทำการ เลือกให้โปรแกรมแสดงข้อมูลที่ต้องการลงบนแผนภาพได้ จากการเลือกหมวดของสิ่งที่ต้องการค้นหา เช่น Golf, School, Hospital, etc. เมื่อทำการเลือกหมวดที่ต้องการแสดงแล้ว หลังจากนั้นโปรแกรมจะทำการแสดงตำแหน่งของข้อมูลที่เราเลือกลงบนแผนภาพ

ให้แผนภาพแสดงขอบเขต (borders) ของประเทศต่าง

คู่มือการใช้ (3) (การดู 3 มิติ)

ส่วนที่ 4 : แสดงปุ่มการควบคุมแผนภาพ (Navigation Panel)

เราสามารถทำการปรับการแสดงผลบนแผนภาพโดยการกดปุ่มต่างบน Navigation Panel

- Zoom in, Zoom out : ขยายและย่อขนาดภาพ

- Rotate left, Rotate right : หมุนภาพ

- ปุ่มลูกศร : สำหรับเลื่อนแผนภาพไปยังทิศที่ต้องการ

- Tilt up, Tilt down : เลื่อนองศาของการมองจากแนวราบถึงแนวดิ่ง (0-90 °)

ภาพภูเขาไฟฟูจิเมื่อมองในแนวดิ่ง

ภายหลังจากปรับมุมมองและขยายภาพ


  ก๊าซธรรมชาติ "เอ็นจีวี" (NGV) พระเอกตัวจริงช่วงวิกฤตน้ำมันแพง

โชคดีที่คนไทยมีทางเลือก เรื่องเชื้อเพลิง เรามี ก๊าซธรรมชาติ ของเราเอง (จากแหล่งอ่าวไทย) ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงที่สะอาด ไม่สร้างมลพิษ ทั้งยังมีความปลอดภัยมากกว่าการใช้น้ำมันเสียอีก ดร.อรสา ชวนให้เรามารู้จักก๊าซธรรมชาติกันเถอะ

ผู้เขียน: ดร. อรสา อ่อนจันทร์

เรามารู้จักก๊าซธรรมชาติกันเถอะ!

      คำถามประจำวันสำหรับเด็ก คือ “วันนี้คุณดื่มนมหรือยัง?” แต่คำถามประจำวันสำหรับผู้ใหญ่ในยุคนี้ คือ “วันนี้ราคาน้ำมันเป็นเท่าไหร่?” ภาพที่คุ้นตาทุกท่านเป็นอย่างดีทีเดียว คือ ปั๊มน้ำมันที่มีรถต่อคิวกันยาวเหยียดในตอนเย็น (จนล้นบริเวณปั๊ม) เมื่อมีข่าวว่าพรุ่งนี้ตั้งแต่เวลา 5 นาฬิกาเป็นต้นไป ราคาน้ำมันจะปรับขึ้นอีก 40 สตางค์ต่อลิตร ซึ่งในบางช่วงนั้นเราได้ยินข่าวนี้เกือบทุกสัปดาห์เลยทีเดียว แย่ไปกว่านั้นอาจเป็นสองครั้งในบางสัปดาห์เสียด้วยซ้ำ 

      ทั้งนี้เป็นเพราะเชื้อเพลิงที่ประเทศไทยใช้ในปัจจุบัน ส่วนใหญ่ยังคงเป็นน้ำมันที่ต้องนำเข้าจากต่างประเทศ ซึ่งราคาจะแปรผันตามสภาวะของตลาดน้ำมันโลก (เดี๋ยวขึ้น...เดี๋ยวลง) แน่นอนที่สุด ประเทศไทยไม่มีความสามารถ ที่จะควบคุมปัจจัยต่างๆ ที่มีผลต่อราคาน้ำมันได้  ซึ่งรัฐบาลเองก็พยายามรณรงค์ให้คนไทยใช้น้ำมันอย่างประหยัดให้มากที่สุด เชื่อแน่ว่าทุกคนคงมีคำถามอยู่ในใจว่า  “นี่เราไม่มีทางเลือกอื่นๆ
แล้วเหรอเนี่ย? หรือคนไทยอย่างเราๆ จะต้องอยู่ในสภาวะจำยอมอย่างนี้หรือ?”


     นับว่าเป็นความโชคดีที่คนไทย ยังมีทางเลือกหนึ่งที่สามารถลดการนำเข้าเชื้อเพลิง จากต่างประเทศได้นั่นคือ การนำก๊าซธรรมชาติ (จากแหล่งอ่าวไทย) มาใช้ ซึ่งได้รับการยอมรับว่าเป็นเชื้อเพลิงที่สะอาด ไม่สร้างมลพิษให้กับสภาพแวดล้อม รวมทั้งยังมีความปลอดภัยมากกว่าการใช้น้ำมันเสียอีกนะค่ะ

เรามารู้จักก๊าซธรรมชาติกันเถอะ!

    ก๊าซธรรมชาติ คือ ส่วนผสมของก๊าซไฮโดรคาร์บอน และสิ่งเจือปนต่างๆในสภาวะก๊าซ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่พบในธรรมชาติ ได้แก่ มีเทน อีเทน โพรเพน บิวเทน เพนเทน เป็นต้น สิ่งเจือปนอื่นๆที่พบในก๊าซธรรมชาติ ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจนไดซัลไฟด์ ฮีเลียม ไนโตรเจนและไอน้ำ เป็นต้น การที่ก๊าซธรรมชาติได้ชื่อว่าเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนเนื่องจากเป็นสารที่มีส่วนประกอบของอะตอม 2 ชนิด คือ ไฮโดรเจน (H) กับ คาร์บอน (C) รวมตัวกันในสัดส่วนของอะตอมที่ต่างๆกัน โดยเริ่มตั้งแต่สารประกอบไฮโดรคาร์บอนอันดับแรกที่มีคาร์บอนเพียง 1 อะตอม กับ ไฮโดรเจน 4 อะตอม มีชื่อเรียกโดยเฉพาะว่า "ก๊าซมีเทน"

     ก๊าซธรรมชาติ ที่ได้จากแต่ละแหล่งอาจประกอบด้วยก๊าซมีเทนล้วนๆ หรืออาจจะมีก๊าซไฮโดรคาร์บอนชนิดอื่นๆปนอยู่บ้าง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมของแหล่งธรรมชาติ แต่ละแห่งเป็นสำคัญ แต่โดยทั่วไปแล้ว ก๊าซธรรมชาติจะประกอบด้วยก๊าซมีเทนตั้งแต่ 70 เปอร์เซนต์ขึ้นไป และมีก๊าซไฮโดรคาร์บอนชนิดอื่นปนอยู่บ้าง ก๊าซธรรมชาติที่ประกอบด้วยมีเทนและอีเทนเกือบทั้งหมด เรียกว่า “ก๊าซแห้ง (dry gas)” แต่ถ้าก๊าซธรรมชาติใดมีพวก โพรเพน บิวเทน และพวกไฮโดรคาร์บอนเหลว หรือก๊าซโซลีนธรรมชาติ เช่น เพนเทน เฮกเทน ฯลฯ ปนอยู่ในอัตราที่ค่อนข้างสูง เรียกก๊าซธรรมชาตินี้ว่า “ก๊าซชื้น (wet gas)”

     ก๊าซธรรมชาติ ที่ประกอบด้วยมีเทนหรืออีเทน หรือที่เรียกว่าก๊าซแห้งนั้น จะมีสถานะเป็นก๊าซที่อุณหภูมิและความดันบรรยากาศ ดังนั้น การขนส่งจึงจำเป็นต้องวางท่อส่งก๊าซ ส่วนก๊าซชื้นที่มีโพรเพนและบิวเทน ซึ่งทั่วไปมีปนอยู่ประมาณ 4 – 8 เปอร์เซ็นต์ จะมีสถานะเป็นก๊าซ ที่อุณหภูมิและความดันบรรยากาศ เช่นกัน เราสามารถแยกโพรเพน และบิวเทน ออกจากก๊าซธรรมชาติได้ แล้วบรรจุลงในถังก๊าซ เรียกก๊าซนี้ว่า ก๊าซปิโตรเลียมเหลว (Liquefied Petroleum Gas หรือ LPG ซึ่งก็คือ ก๊าซหุงต้มที่เราใช้กันในครัวที่บ้านนั่นเอง)

     ส่วนก๊าซธรรมชาติเหลวหรือก๊าซโซลีนธรรมชาติ ซึ่งเรียกกันว่า "คอนเดนเซท" (Condensate) คือ พวกไฮโดรคาร์บอนเหลว ได้แก่ เพนเทน เฮกเซน เฮปเทน และอ๊อกเทน ซึ่งมีสภาพเป็นของเหลว เมื่อผลิตขึ้นมาถึงปากบ่อ บนแท่นผลิต สามารถแยกออกจากก๊าซธรรมชาติ ได้บนแท่นผลิต การขนส่งอาจลำเลียงทางเรือหรือส่งไปตามท่อได้





องค์ประกอบของก๊าซธรรมชาติ

(ส่วนประกอบที่ไม่ใช่ ไฮโดรคาร์บอน เช่น น้ำ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

อยู่ด้านล่างของภาพ)


ก๊าซธรรมชาติเกิดขึ้นได้อย่างไรล่ะ?


      ก๊าซธรรมชาติเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ โดยเกิดจากการสะสมและทับถมของซากสิ่งมีชีวิตตามชั้นหิน ดิน และในทะเลหลายร้อยล้านปี ระหว่างนั้นก็มีการเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติซึ่งมีสาเหตุมาจากความร้อนและความกดดันของผิวโลก จนซากสัตว์และซากพืชหรือฟอสซิลนั้นกลายเป็นน้ำมันดิบ ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน ที่เรานำมาใช้ประโยชน์ได้ในที่สุด เราจึงเรียกเชื้อเพลิงประเภทน้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน ว่า เชื้อเพลิงฟอสซิล



x

      ในทางวิทยาศาสตร์ เรารู้กันดีว่า ต้นพืชและสัตว์ รวมทั้งคน ประกอบด้วยเซลล์เล็กๆ มากมาย เซลล์เหล่านี้ประกอบด้วยธาตุไฮโดรเจนและธาตุคาร์บอนเป็นหลัก เวลาซากสัตว์และซากพืชทับถม และเปลี่ยนรูปเป็นน้ำมันหรือก๊าซธรรมชาติหรือถ่านหิน พวกนี้จึงมีองค์ประกอบ ของสารไฮโดรคาร์บอนเป็นส่วนใหญ่ และเมื่อนำไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้มาเผา จะให้พลังงานออกมาแบบเดียวกับที่เราเผาฟืน เพียงแต่เชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ หรือถ่านหิน ให้ความร้อนมากกว่า 

การใช้ประโยชน์จากก๊าซธรรมชาติ

     โดยปกติก๊าซธรรมชาติจะไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และไม่มีพิษ ซึ่งเราสามารถนำก๊าซธรรมชาติ มาใช้แทนน้ำมันเชื้อเพลิงได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากเมื่อเอาก๊าซธรรมชาติมาเผา จะเผาได้ค่อนข้างสมบูรณ์ ไม่ค่อยมีก๊าซพิษออกมานัก จึงถือว่าเป็นเชื้อเพลิงที่ค่อนข้างสะอาด ดังนั้นก๊าซธรรมชาติจึงได้ชื่อว่าเป็นเชื้อเพลิงที่สะอาดกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลอื่นๆ จะเห็นได้ว่าในปัจจุบันนี้รถประจำทางของ
ขสมก. ได้เอาก๊าซนี้มาใช้ และโฆษณาว่าเป็นรถปลอดมลพิษ (ถ้าใครยังไม่เคยนั่งล่ะ ตกยุคแย่เลย)




รถ NGV ที่เห็นวิ่งอยู่ในบ้านเรา

    แหล่งกำเนิดก๊าซธรรมชาติในประเทศไทยมี 2 แหล่งด้วยกันคือ

  • ในทะเล (มีปริมาณมาก) ได้แก่ บริเวณอ่าวไทย (ผู้ผลิต : UNOCAL, TOTAL, THAIPO)
  • บนบก (มีปริมาณน้อย) ได้แก่ อ.น้ำพอง จ.ขอนแก่น (ผู้ผลิต : ESSO)

การใช้ประโยชน์จากก๊าซธรรมชาติ

    ดังที่กล่าวข้างต้นว่า ก๊าซธรรมชาติ มีก๊าซหลายอย่างประกอบเข้าด้วยกัน ซึ่งมีชื่อทางวิทยาศาสตร์แตกต่างกันไป คือ ก๊าซมีเทน อีเทน โพรเพน และบิวเทน

    ก๊าซพวกนี้เป็นสารไฮโดรคาร์บอนทั้งสิ้น เมื่อจะเอามาใช้ต้องแยกก๊าซออกจากกันและกันเสียก่อน จึงจะใช้ประโยชน์ได้เต็มที่ ในปัจจุบันประเทศไทยมีโรงแยก/แปรสภาพก๊าซธรรมชาติ 2 แห่งด้วยกันคือ

- โรงแยกก๊าซธรรมชาติของการปิโตรเลียม แห่งประเทศไทย ต.มาบตาพุด อ.เมือง จ.ระยอง

- โรงแยกก๊าซธรรมชาติของการปิโตรเลียม แห่งประเทศไทย ต.ท้องเนียน อ.ขนอม จ.นครศรีธรรมราช

    กระบวนการแยกก๊าซธรรมชาติ เพื่อนำมาใช้ประโยชน์ตามความเหมาะสม และให้เกิดคุณค่าทางเศรษฐกิจสูงสุด จะแตกต่าง จากกระบวนการกลั่นน้ำมัน ที่เริ่มต้นการกลั่น ด้วยการแยกองค์ประกอบน้ำมัน ส่วนที่เบาที่สุด ออกมาก่อน ขณะที่การแยกก๊าซธรรมชาตินั้น สารประกอบไฮโดรคาร์บอน ส่วนที่หนักที่สุด จะถูกแยกออกเป็นลำดับแรก ผลิตภัณฑ์ที่ได ้จากโรงแยกแปรสภาพก๊าซธรรมชาติ สามารถจำแนกตามลักษณะ ของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่แยกออก และนำไปใช้ประโยชน์ต่อกระบวนการผลิตอื่น ๆ ดังนี้

1. ก๊าซมีเทน (C1) : ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าในโรงงานอุตสาหกรรม และนำไปอัดใส่ถังด้วยความดันสูง เรียกว่าก๊าซธรรมชาติอัด สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ รู้จักกันในชื่อว่า “ก๊าซธรรมชาติสำหรับยานยนต์” (Natural Gas for Vehicles : NGV)

2. ก๊าซอีเทน (C2) : ใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีขั้นต้น สามารถนำไปใช้ผลิตเม็ดพลาสติก เส้นใยพลาสติกชนิดต่าง ๆ เพื่อนำไปใช้แปรรูปต่อไป

3. ก๊าซโพรเพน (C3) และก๊าซบิวเทน (C4) : ก๊าซโพรเพนใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีขั้นต้นได้เช่นเดียวกัน และหากนำเอาก๊าซโพรเพนกับก๊าซบิวเทนมาผสมกัน อัดใส่ถังเป็นก๊าซปิโตรเลียมเหลว (Liquefied Petroleum Gas : LPG) หรือที่เรียกว่าก๊าซหุงต้ม สามารถนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงในครัวเรือน เป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานยนต์ และใช้ในการเชื่อมโลหะได้รวมทั้งยังนำไปใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมบางประเภทได้อีกด้วย  โอ้โฮ! มีประโยชน์มากจริงเลยน่ะ

4. ไฮโดรคาร์บอนเหลว (Heavier Hydrocarbon): อยู่ในสถานะที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิและความดันบรรยากาศ เมื่อผลิตขึ้นมาถึงปากบ่อบนแท่นผลิต สามารถแยกจากไฮโดรคาร์บอนที่มีสถานะเป็นก๊าซบนแท่นผลิต เรียกว่า คอนเดนเสท (Condensate) สามารถลำเลียงขนส่งโดยทางเรือหรือทางท่อ นำไปกลั่นเป็นน้ำมันสำเร็จรูปต่อไป

5. ก๊าซโซลีนธรรมชาติ : แม้ว่าจะมีการแยกคอนเดนเสทออกเมื่อทำการผลิตขึ้นมาถึงปากบ่อบนแท่นผลิตแล้ว แต่ก็ยังมีไฮโดรคาร์บอนเหลวบางส่วนหลุดไปกับไฮโดรคาร์บอนที่มีสถานะเป็นก๊าซ เมื่อผ่านกระบวนการแยกจากโรงแยกก๊าซธรรมชาติแล้ว ไฮโดรคาร์บอนเหลวนี้ก็จะถูกแยกออก เรียกว่า ก๊าซโซลีนธรรมชาติ หรือ NGL (natural gasoline) และส่งเข้าไปยังโรงกลั่นน้ำมัน เป็นส่วนผสมของผลิตภัณฑ์น้ำมันสำเร็จรูปได้เช่นเดียวกับคอนเดนเสท และยังเป็นตัวทำละลาย ซึ่งนำไปใช้ในอุตสาหกรรมบางประเภทได้เช่นกัน

6. ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ : เมื่อผ่านกระบวนการแยกแล้ว จะถูกนำไปทำให้อยู่ในสภาพของแข็ง เรียกว่า น้ำแข็งแห้ง นำไปใช้ในอุตสาหกรรมถนอมอาหาร อุตสาหกรรมน้ำอัดลมและเบียร์ ใช้ในการถนอมอาหารระหว่างการขนส่ง นำไปเป็นวัตถุดิบสำคัญในการทำฝนเทียม และนำไปใช้สร้างควันในอุตสาหกรรมบันเทิง อาทิ การแสดงคอนเสิร์ต หรือการถ่ายทำภาพยนต์ ซึ่งผลิตภัณฑ์นี้วัยรุ่นคุ้นเคยเป็นอย่างดีล่ะซิ

    ในต่างประเทศโดยเฉพาะประเทศที่มีแหล่งก๊าซของตัวเอง เมื่อแยกก๊าซอื่น ๆ ออกไปแล้วก็จะนำส่วนที่มีปริมาณก๊าซ มีเทนมากนี้มาใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์ เดิมเรียก ก๊าซธรรมชาติอัด (Compressed Natural Gas “CNG”) แต่ต่อมาเปลี่ยนชื่อเรียกใหม่เป็น ก๊าซธรรมชาติสำหรับ ยานพาหนะ หรือ Natural Gas For Vehicles “NGV” หรือที่เรียกกันว่า เอ็นจีวี) ซึ่งสำหรับในประเทศไทยของเราก็ได้มีมาตรการส่งเสริมให้ใช้พลังงานสะอาดในยานพาหนะ โดยมีการปิโตรเลียมแห่งประเทศไทย ดำเนินโครงการทดลองการดัดแปลงเครื่องยนต์เพื่อใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง รายละเอียดของการนำก๊าซธรรมชาติมาใช้สำหรับยานพาหนะของเราจะเป็นเช่นไร มีผลดี – ผลเสียอย่างไรนั้น...ต้องติดตามต่อไปนะค่ะ

ก๊าซธรรมชาติในสถานะต่างๆที่ควรรู้จัก

1. Pipe Natural Gas หรือก๊าซธรรมชาติที่ขนส่งโดยทางท่อ เรียกชื่อทางการตลาดว่า Sale Gas คือ ก๊าซธรรมชาติที่มีก๊าซมีเทนเป็นส่วนใหญ่ ถูกขนส่งด้วยระบบท่อเพื่อส่งให้กับผู้ใช้ที่เป็นลูกค้า นำไปเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้า หรือในโรงงานอุตสาหกรรมในปัจจุบันนี้ประเทศไทยใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นพลังงานหลักในการผลิตกระแสไฟฟ้า โดยคิดเป็นกว่าร้อยละ 60 ของพลังงานทั้งหมดที่ใช้ผลิตไฟฟ้า

2. NGV หรือ Natural Gas for Vehicles คือ รูปแบบของการใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานยนต์ ส่วนใหญ่เป็นก๊าซมีเทน เมื่อขนส่งก๊าซธรรมชาติมาทางท่อ จะส่งเข้าสถานีบริการ และเครื่องเพิ่มความดันก๊าซ ณ สถานีบริการจะรับก๊าซธรรมชาติที่มีความดันต่ำจากระบบท่อมาอัดเพิ่มความดันประมาณ 3,000-3,600 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว จากนั้น ก็จะสามารถเติมใส่ถังเก็บก๊าซฯ ของรถยนต์ต่อไป

(บางท่านอาจจะสงสัยว่า 3,600 ปอนด์ต่อตารางนิ้วเนี่ยมันมีแรงดันมากแค่ไหนกันน่ะ จริงๆ แล้วเป็นแรงดันที่ค่อนข้างสูงมากทีเดียว คิดแล้วเท่ากับ 240 เท่าของความดันบรรยากาศ หรือ ลองคิดว่ามีของหนักถึงประมาณ 38,730 กิโลกรัมอยู่บนฝ่ามือข้างเดียวของท่านดูซิค่ะ ฮึม หนักมากๆ เลยละค่ะ)

3. LNG หรือ Liquefied Natural Gas ในการขนส่งก๊าซธรรมชาติจากแหล่งผลิตไปยังบริเวณที่ใช้ ปกติจะขนส่งโดยระบบท่อ แต่ในกรณี ที่ระยะทาง ระหว่างแหล่งผลิตกับบริเวณที่ใช้ มีระยะทางไกลเกินกว่า 2,000 กิโลเมตร การวางท่อส่งก๊าซฯ จะต้องใช้เงินลงทุนเป็นจำนวนมาก จึงมีการขนส่งด้วยเรือที่ถูกออกแบบไว้เฉพาะ โดยการทำก๊าซธรรมชาติ ให้กลายสภาพเป็นของเหลว เพื่อให้ปริมาตรลดลงประมาณ 600 เท่า โดยทั่วไปจะมีอุณหภูมิ -160 องศาเซลเซียส (ต่ำกว่าอุณหภูมิที่ขั้วโลกเสียอีกนะค่ะ จากสถิติอุณหภูมิต่ำสุดของโลก คือ ที่ วอสตอก ทวีปแอนตาร์กติก อุณหภูมิอยู่ในระดับ -89.2 องศาเซลเซียส เป็นอุณหภูมิที่วัดในวันที่ 21 กรกฎาคม พ.ศ.2526) ซึ่งการขนส่งก๊าซในรูปของ LNG นี้ จะประหยัดค่าใช้จ่าย มากกว่าการขนส่งด้วยระบบท่อ

การใช้ก๊าซธรรมชาติสำหรับยานยนต์ (NGV)

     ถ้าตอนที่แล้วเปรียบเสมือนเรื่องราวกำเนิดของพระเอกล่ะก็ ในตอนนี้พระเอกก็โตเป็นหนุ่มน้อยและกำลังจะมาพบรักกับนางเอกแล้วล่ะค่ะ เพราะเราจะมารู้ถึงการนำก๊าซธรรมชาติมาใช้ในรถยนต์หรือที่เรียกว่า “เอ็นจีวี” นั่นเองค่ะ

การใช้ก๊าซธรรมชาติสำหรับยานยนต์ (NGV)

     Natural Gas for Vehicles (NGV) คือก๊าซธรรมชาติที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานยนต์ โดยก๊าซ NGV นี้ มีส่วนประกอบหลักคือ ก๊าซมีเทนที่มีคุณสมบัติเบากว่าอากาศ ส่วนใหญ่จะมีการใช้ อยู่ในสภาพเป็นก๊าซที่ถูกอัดจนมีความดันสูง (ประมาณ 3,000-3,600 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) เก็บไว้ในถัง ที่มีความแข็งแรงทนทานสูงเป็นพิเศษ เช่น เหล็กกล้า บางครั้งเรียกก๊าซนี้ว่า CNG (ซี เอ็น จี) ซึ่งย่อมาจาก Compressed Natural Gas หรือก๊าซธรรมชาติอัด การใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานยนต์ มีข้อดีคือ เกิดการเผาไหม้สมบูรณ์ให้มลพิษต่ำ โดยเฉพาะปริมาณฝุ่นละออง (Particulate) และควันดำ ดังนั้นเมื่อคำนึง ถึงปัญหาสภาวะที่อุณหภูมิของโลกร้อนขึ้น และปัญหามลพิษ รวมถึงสภาวะราคาน้ำมันโลกที่เพิ่มสูงขึ้นอย่างเป็นประวัติกาล นานาประเทศ ก็มุ่งไปสู่การลดปัญหา โดยส่งเสริมและสนับสนุน ให้มีการใช้ยานยนต์ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง โดยประเทศที่มีการใช้ยานยนต์ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติอยู่แล้ว
ก็มีแนวโน้มที่จะขยายการใช้มากขึ้น ได้แก่ สหรัฐอเมริกาออสเตรเลีย ญี่ปุ่น อินโดนีเซีย เกาหลี เป็นต้น ส่วนประเทศที่ยังไม่เริ่มใช้ รัฐบาลก็กำลังส่งเสริมให้มีการใช้ในอนาคต ได้แก่ ฮ่องกง สิงคโปร์ รวมทั้งประเทศไทยของเราด้วยล่ะค่ะ

ตารางข้างล่างนี้แสดงสถิติล่าสุดของข้อมูลจำนวนรถก๊าซ NGV

และสถานีเติมก๊าซในประเทศต่างๆ ของ The International Association for Natural Gas Vehicles (IANGV)

Country

จำนวนรถก๊าซ NGV

จำนวนสถานีเติมก๊าซ

Last Updated

Argentina

1,439,527

1,402

Apr 05

Brazil

1,018,163

1158

Oct 05

Pakistan

850,000

828

Dec 05

Italy

382,000

509

May 05

India

204,000

198

Apr 04

USA

130,000

1,340

Dec 04

China

97,200

355

Jan 05

Ukraine

67,000

147

May 05

Egypt

62,513

94

Oct 05

Colombia

60,000

90

May 05

Iran

48,029

72

Aug 05

Bangladesh

44,534

106

Nov 05

Venezuela

44,146

149

Apr 04

Russia

41,780

213

May 05

Bolivia

38,855

63

Sep 05

Armenia

38,100

60

Feb 05

Germany

27,200

558

Apr 05

Japan

25,000

289

Sep 05

Canada

20,505

222

Sep 03

Malaysia

14,900

39

May 05

Tajikistan

10,600

53

May 05

Ireland

9,780

10

Jul 04

Thailand

9,000

44

Dec 05

France

7,400

105

Jan 05

Sweden

6,709

86

Nov 05

Indonesia

6,600

17

Jul 05

Korea

6,487

170

Feb 05

Bielorussia

5,500

24

May 05

Chile

5,500

12

May 05

Moldova

4,500

8

May 05

Bulgaria

4,177

9

May 05

Trinidad & Tobago

4,000

13

Apr 05

Myanmar (Burma)

4,343

14

Nov 05

Mexico

3,037

6

Mar 04

Switzerland

1,346

56

Jul 05

Australia

895

12

Aug 01

Great Britain

875

34

Jul 03

Spain

797

28

Jan 05

Poland

771

28

Apr 05

United Kingdom

543

31

Nov 04

Austria

500

68

May 05

New Zealand

471

12

Jun 04

Turkey

400

5

Aug 04

Czech Republic

390

16

May 05

Netherlands

348

8

Jun 04

Latvia

310

4

Oct 04

Belgium

300

5

Aug 04

Slovakia

250

7

Sep 04

Portugal

242

5

Jan 05

Hungary

202

13

Feb 05

Norway

147

4

Apr 05

Algeria

125

3

Oct 04

Croatia

100

1

May 05

Serbia & Montenergro

92

2

Dec 04

Finland

84

3

Mar 05

Yugoslavia

81

1

Jul 03

Nigeria

60

2

May 05

Iceland

45

1

May 05

Cuba

45

1

Feb 01

Greece

40

 

May 03

United Arab Emirates

35

 

Dec 05

Macedonia

32

1

Jan 05

Luxembourg

32

3

Jul 04

Liechtenstein

26

1

Sep 04

South Africa

22

1

Jan 00

Uraguay

20

 

Dec 01

Philippines

12

1

Jul 04

Singapore

7

1

May 05

Denmark

5

1

Feb 00

Taiwan

4

1

Apr 05

North Korea

4

1

Aug 00

Bosnia and Herzegovina

1

 

Apr 05

 

 

 

 

TOTALS

4,750,744

8,824

 


     การนำก๊าซธรรมชาติมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์มีมากว่า 80 ปีแล้ว โดยประเทศ อิตาลีเป็นประเทศแรก ซึ่งปัจจุบันมีรถยนต์ใช้ก๊าซกว่า 300,000 คัน และต่อมาความนิยมใช้ก๊าซ NGV ก็มีแพร่หลายมากขึ้นทั้งในทวีปอเมริกาใต้ (เช่นประเทศอาร์เจนติน่า มีกว่า 1,400,000 คัน ซึ่งเป็นอันดับที่ 1 ในตาราง) ในทวีปอเมริกาเหนือ (สหรัฐอเมริกากว่า 130,000 คัน, แคนาดา 20,000 คัน) และในทวีปเอเชีย (มีในประเทศจีน, ญี่ปุ่น, เกาหลี, ไต้หวัน, มาเลเซีย, อินโดนีเซีย, อินเดีย และปากีสถาน) รวมถึงทวีปอัฟริกา เช่น อียิปต์ (มีประมาณ 62,000 คัน)

     ซึ่งในปัจจุบันทั่วโลกมีรถยนต์ใช้ก๊าซธรรมชาติกว่า 4.7 ล้านคัน สำหรับประเทศไทยของเรามีการส่งเสริมอย่างจริงจังมากๆ เลยนะค่ะ ตอนนี้เราอยู่ในอันดับที่ 23 เชียวน่ะ

รูปแบบเครื่องยนต์ใช้ NGV

1. เครื่องยนต์ที่ใช้ NGV เป็นเชื้อเพลิงเพียงอย่างเดียว (Dedicated NGV)

เป็นเครื่องยนต์ที่ออกแบบให้ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงโดยเฉพาะ โดยมีระบบเผาไหม้เชื้อเพลิง แบบที่ต้องใช้หัวเทียนในการจุดระเบิด จะมีทั้งรถที่ผลิตออกมาจากโรงงานรถยนต์โดยตรง (OEM) และที่ทำการดัดแปลงเครื่องยนต์ภายหลัง

ข้อดี :    ส่วนใหญ่ออกแบบมาจากโรงงาน มีประสิทธิภาพ/สมรรถนะดี และ มีคุณภาพไอเสียดี

ข้อเสีย : ราคาสูงและไม่มีความยืดหยุ่นในการใช้เชื้อเพลิง


2. เครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงได้สองประเภท ซึ่งปัจจุบันเทคโนโลยีที่สำคัญ ได้แก่

- เครื่องยนต์ระบบเชื้อเพลิงสองระบบ (Bi-Fuel) เป็นเครื่องยนต์เบนซินที่ติดตั้งอุปกรณ์ใช้ก๊าซธรรมชาติ ถังก๊าซ เพิ่มเติมสามารถเลือกใช้เชื้อเพลิงได้ทั้งน้ำมันเบนซิน และ ก๊าซธรรมชาติ

- เครื่องยนต์ระบบเชื้อเพลิงร่วม (Diesel Dual Fuel) เป็นเครื่องยนต์ดีเซลที่ติดตั้งอุปกรณ์ใช้ก๊าซฯและถังก๊าซ เช่นเดียวกับระบบเชื้อเพลิงสองระบบ (Bi-Fuel) ซึ่งต้องใช้น้ำมันดีเซลร่วมกับก๊าซธรรมชาติ โดยใช้น้ำมันดีเซลเป็นตัวจุดระเบิดนำร่อง

ข้อดี :      มีความยืดหยุ่นในการใช้เชื้อเพลิง และราคาติดตั้งอุปกรณ์ใช้ก๊าซธรรมชาติ ถูกกว่าการซื้อรถ NGV ใหม่

ข้อเสีย : ไม่สามารถปรับเครื่องยนต์ให้เหมาะสมกับ NGV ได้อย่างสมบูรณ์





ภาพแสดงรถยนต์ใช้ NGV ระบบเชื้อเพลิงทวิ


      สำหรับประเทศไทยของเรานั้น โดยการนำของการปิโตรเลียมแห่งประเทศไทย (ปตท.) ได้มีการจัดทำแผนการขยายการใช้ก๊าซธรรมชาติในยานยนต์ต่างๆ โดยในระยะแรก เป็นการดำเนินการดัดแปลงเครื่องยนต์ดีเซลเป็นระบบเชื้อเพลิงร่วม (Dual-fuel System) ซึ่งใช้ได้ทั้งน้ำมันดีเซล และก๊าซธรรมชาติ  ต่อมาได้ดัดแปลงเครื่องยนต์เบนซินเป็นระบบเชื้อเพลิงสองชนิด หรือ ระบบเชื้อเพลิงทวิ (Bi–fuel System) ซึ่งเป็นระบบที่สามารถเลือกใช้น้ำมันเบนซิน หรือใช้ NGV เป็นเชื้อเพลิงได้ โดยเพียงแต่ปรับสวิตช์เลือกใช้เชื้อเพลิงเท่านั้น ระบบนี้มีทั้งผลิตจากโรงงานโดยตรง หรือนำรถยนต์เบนซินเดิมมาติดตั้งอุปกรณ์ใช้ NGV เพิ่มเติม ซึ่งแบ่งได้ 2 ระบบ คือ

1. ระบบดูดก๊าซ (Fumigation System)

    ซึ่งจะมีอุปกรณ์ผสมก๊าซและอากาศ (Gas Mixer) ทำหน้าที่ผสมอากาศที่เครื่องยนต์ดูดเข้าไปกับก๊าซ NGV ในอัตราส่วนที่เหมาะสมกับการเผาไหม้ก่อนที่จะจ่ายเข้าเครื่องยนต์ อุปกรณ์หลัก ๆ ประกอบด้วย

- ถังก๊าซ

- หัวเติมก๊าซ

- หม้อต้มหรืออุปกรณ์ปรับความดันก๊าซ (Pressure Regulator or Reducer)

- อุปกรณ์ปรับเวลาการจุดระเบิดของเครื่องยนต์ (Timing Advancer) 

- สวิทช์เลือกชนิดเชื้อเพลิง ทำหน้าที่ตัด/ต่อระบบควบคุมแต่ละเชื้อเพลิง

สามารถเพิ่มประสิทธิภาพโดยติดตั้งแบบวงจรปิด (Closed Loop) ติดตั้งอุปกรณ์เพิ่มเติม เช่น ชุดควบคุมอิเล็คทรอนิคส์ ชุดควบคุมการจ่ายก๊าซ ฯ  ค่าอุปกรณ์และการติดตั้ง ประมาณ 30,000 – 50,000 บาท ไม่น้อยเลยทีเดียวใช่ไหมค่ะ




เครื่องยนต์สำหรับรถ NGV ระบบดูดก๊าซ (Fumigation System)

2. ระบบหัวฉีด (Multi Point Injection System, MPI)

     ระบบนี้มีการจ่ายเชื้อเพลิงก๊าซด้วยหัวฉีดที่ท่อไอดีของแต่ละสูบโดยเฉพาะ และควบคุมส่วนผสมแบบใช้อากาศพอดี โดยชุดควบคุมอิเลคทรอนิคส์ รับสัญญาณมาจากตัวตรวจวัดออกซิเจน และตัวตรวจวัดอื่นๆ ทำการประมวลผลควบคุมการเปิด-ปิด ของหัวฉีดก๊าซปล่อยก๊าซออกไป ที่ท่อไอดีแต่ละสูบให้เหมาะสม กับปริมาณอากาศทุกสภาวะการทำงานของเครื่องยนต์ และเกิดการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ ค่าอุปกรณ์และการติดตั้ง ประมาณ 52,000 – 65,000 บาท โดยชุดอุปกรณ์หลัก ๆ มีดังนี้

- ชุดควบคุมอิเล็คทรกนิคส์ (Electronic Control Unit)

- อุปกรณ์ปรับความดับก๊าซ (Pressure Regulator)

- อุปกรณ์ปรับเวลาการจุดระเบิดของเครื่องยนต์ (Timing Advancer)

- สวิตช์เลือกชนิดเชื้อเพลิง ถังบรรจุก๊าซ (CNG Cylinder)

- ชุดจ่ายก๊าซ (Gas Distributor) ตัวตรวจวัดออกซิเจน (Oxygen Sensor)



เครื่องยนต์สำหรับรถ NGV ระบบหัวฉีด (Multi Point Injection System, MPI)

      มาถึงตอนนี้เชื่อเป็นอย่างยิ่งว่าทุกท่านต้องมีคำถามอยู่ในใจเป็นคำถามเดียวกันทุกคน คือ “แล้วจะคุ้มไหมน่ะที่จะลงทุนติดตั้งอุปกรณ์เพื่อให้รถสามารถใช้ก๊าซธรรมชาติได้ เมื่อเปรียบเทียบกับค่าเชื้อเพลิงที่ถูกลง???”



ราคาน้ำมันเชื้อเพลิงขายปลีก ณ กรุงเทพมหานคร (ข้อมูลเมื่อวันที่ 17 มกราคม 2549) แสดงให้เห็นว่าราคาก๊าซ NGV ถูกกว่าน้ำมันเบนซิน 95 มาก (ราคาเพียงหนึ่งในสามของน้ำมันเบนซิลเองค่ะ) ดังนั้นเพื่อเป็นการตอบข้อสงสัยของทุกท่านเราจะคำนวณระยะเวลาคืนทุนให้เห็นกันชัดเจนเลยค่ะ


      ระยะเวลาคืนทุนเมื่อใช้ระบบเชื้อเพลิง NGV (แทนเบนซิน) จะขึ้นกับระยะทางวิ่งใช้งานของรถดังนี้


รายการ

ระบบดูดก๊าซ (วงจรเปิด)

ราคาอุปกรณ์รวมถัง FIBER ขนาด 70 ลิตร (บาท)

35,000

ระยะทางการวิ่งต่อวัน (กม.)

50

100

200

อัตราความสิ้นเปลืองน้ำมันเบนซิน (กม./ลิตร)

10

10

10

อัตราความสิ้นเปลือง NGV (กม./ลิตร)

10

10

10

ราคาขายปลีกน้ำมันเบนซิน (บาท/ลิตร)

26.84

26.84

26.84

ราคาขายปลีก NGV (บาท/ลิตร)

8.5

8.5

8.5

อัตราความประหยัด (บาท/กม.)

1.88

1.88

1.88

ประหยัดค่าเชื้อเพลิงต่อวัน (บาท)

92

184

368

ระยะเวลาคืนทุน (เดือน)

12.68

6.34

3.17


หมายเหตุ  ราคาน้ำมันที่ใช้คำนวณเป็นราคาที่ประกาศโดย ปตท. เมื่อวันที่วันที่ 17 มกราคม 2549

     น่าสนใจไม่น้อยเลยใช่ไหมค่ะ เพียงแค่ปีเศษๆ ก็คุ้มทุนแล้วล่ะค่ะสำหรับท่านที่ขับรถเพียง 50 กิโลเมตรต่อวัน ส่วนท่านที่ใช้รถมากกว่านั้น... หายห่วงเลยค่ะไม่ถึงปีก็ได้กำไรแล้ว... จากนั้นเมื่อเราตัดสินใจจะหันมาเอาดีกับรถ NGV แล้ว อุปกรณ์ที่สำคัญที่ต้องรู้เป็นอันดับแรก คืออะไรรู้ไหมค่ะ  แหม! คำตอบก็ง่ายนิดเดียว ก็ถังก๊าซยังไงล่ะค่ะ ถ้าอยากรู้รายละเอียดต้องไม่พลาด “ก๊าซธรรมชาติ "เอ็นจีวี" พระเอกตัวจริงในช่วงวิกฤตน้ำมันแพง ตอนที่ 3” นะค่ะ

ถังก๊าซ - ผู้ช่วยพระเอก

    ในตอนนี้เราจะกล่าวถึงผู้ช่วยพระเอก คือ เจ้าถังก๊าซไงค่ะ ถ้าไม่มีผู้ช่วยคนนี้ล่ะก ็พระเอกของเรา ไม่มีทางประสบความสำเร็จ ได้นางเอกมาครอบครองแน่ๆ เลยล่ะ
ถังก๊าซ NGV

    ถังก๊าซซึ่งต้องรับความดันก๊าซโดยปกติสูงถึง 3,000-3,600 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว จะต้องมีความแข็งแรงมาก (จากที่เปรียบให้เห็นแล้วข้างต้นว่า เท่ากับท่านใช้มือข้างเดียวถือของหนักถึง 38,700 กิโลกรัมเชียวน่ะค่ะ) โดยทั่วไปแล้วถังก๊าซจะแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิดหลักๆ คือ ถังที่ทำด้วยเหล็กหรืออลูมิเนียม และถังที่ทำด้วยพลาสติกและเสริมด้วยวัสดุใยแก้ว ขนาดถังที่ติดตั้งกับรถยนต์ส่วนบุคคลและรถแท็กซี่ ที่ประเทศไทยใช้อยู่ในขณะนี้ส่วนใหญ่เป็นถังเหล็ก ขนาดความจุประมาณ 70 ลิตร (น้ำ) มีน้ำหนักประมาณ  63 กิโลกรัม  เมื่อรวมกับน้ำหนักก๊าซ NGV ที่บรรจุเต็มถังอีกประมาณ 15 กิโลกรัม จะมีน้ำหนักรวมประมาณ  78 กิโลกรัม ติดตั้งอยู่ในกระโปรงหลังรถซึ่งจะทำให้มีที่พื้นที่เก็บของน้อยลงไป เนื่องจากถังบรรจุก๊าซมักมีขนาดใหญ่ และน้ำหนักมาก จึงมีการพัฒนาเพื่อให้น้ำหนักเบาลงและมีความทนทานมากขึ้น ซึ่งในปัจจุบันภาคอุตสาหกรรม มีการผลิตถังอยู่
4 ชนิดด้วยกัน คือ

ชนิดที่ 1 ทำด้วยเหล็ก หรือ อลูมิเนียม
ชนิดที่ 2 ทำด้วยเหล็ก หรือ อลูมิเนียม และหุ้มด้วยวัสดุใยแก้ว5 หรือเส้นใยคาร์บอน6 ล้อมรอบตัวถัง
ชนิดที่3 ทำด้วยแผ่นอลูมิเนียมที่บางกว่าชนิดที่ 2 และหุ้มด้วยวัสดุใยแก้วหรือเส้นใยคาร์บอนตลอดตัวถัง
ชนิดที่ 4 ทำด้วยแผ่นพลาสติกและหุ้มด้วยวัสดุใยแก้วและเส้นใยคาร์บอนผสมกัน

5วัสดุใยแก้ว (Fiberglass) คือ วัสดุที่เป็นใยของแก้วหรือกระจก มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเล็กกว่าหนึ่งในพันของนิ้ว นำมาทำเป็นผ้าแล้วใช้เรซินบางอย่างเคลือบหรือหล่อ เป็นวัสดุที่ทนต่อแรงดึงและทนฤทธิ์กรดกัดกร่อน จึงใช้ทำเรือขนาดเล็ก หรือตัวถัง หรือส่วนประกอบในตัวถังรถยนต์

6เส้นใยคาร์บอน (Carbon fiber) คือ วัสดุที่ทำด้วยเส้นใยสารอินทรีย์ มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 7 ไมโครเมตร ใช้ในการเสริมเนื้อสารต่างๆ เช่น พลาสติก กระเบื้อง หรือโลหะ โดยใช้เส้นใยคาร์บอน 600,000 เส้นต่อพื้นที่หน้าตัดหนึ่งตารางเซนติเมตร ทำให้ได้วัสดุที่มีความแข็งแรงและทนความร้อนสูง เช่น ชิ้นส่วนของเครื่องยนต์ไอพ่นและจรวด








    ทั้งนี้ชนิดแรกจะมีน้ำหนักมากที่สุด แต่ต้นทุนต่ำสุด ส่วนชนิดที่ 3 และ 4 มีน้ำหนักเบากว่า แต่ต้นทุนค่อนข้างสูง โดยสามารถเปรียบเทียบเป็นอัตราส่วนร้อยละให้เห็นความแตกต่างได้ดังนี้



ชนิดที่

วัสดุที่ใช้ทำตัวถัง

ต้นทุน (%)

น้ำหนัก (%)

1

เหล็ก

40

100

2

2

เหล็ก, วัสดุใยแก้ว

อลูมิเนียม, วัสดุใยแก้ว 

80

95

65

55

3

3

อลูมิเนียม, วัสดุใยแก้ว

อลูมิเนียม, เส้นใยคาร์บอน

90

100

45

25

4

พลาสติก, วัสดุใยแก้วผสมเส้นใยคาร์บอน

90

30


ที่มา : Norman L. Newhouse, Ph.D., P.E. Manager, Design Engineering และ Dale B. Tiller, P.E. Manager, NGV Product Development "Development of All-Composite NGV Fuel Containers" May 1998.

การรับรองมาตรฐานของถังบรรจุก๊าซมีหน่วยงานทั้งที่เป็นภาครัฐและหน่วยงานอาสาสมัครเข้ามา ดำเนินการ ได้แก่

  • มาตรฐาน NGV2 (ของสหรัฐอเมริกา โดย The American National Standards Institute)
  • มาตรฐาน FMVSS 304 (ของสหรัฐอเมริกาโดย The U.S. Department of Transportation, National Highway Traffic Safety Administration)
  • มาตรฐาน CSA B-51 Part 2 (เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมของประเทศแคนาดา)
  • มาตรฐาน ISO/DIS 11439 (โดยคณะกรรมการซึ่งอยู่ภายใต้ The International Association of Natural Gas Vehicles) เป็นต้น

     มาตรฐานมากมายขนาดนี้แล้วจะเชื่อใครดีล่ะ เมื่อเกิดความสับสนเกี่ยวกัยมาตรฐานของถังก๊าซเอ็นจีวี สุดท้ายแล้วในช่วงกว่าสามปีที่ผ่านมา คณะกรรมการของ ISO/DIS 11439, NGV 2 และ CSA B-51 Part 2 ได้มี การปรับประสานมาตรฐานให้มีความสอดคล้องกับมาตรฐานที่จำเป็นต้องมีการทดสอบ โดยครอบคลุมถึงสภาพ การใช้งาน การรับประกันคุณภาพ การทดสอบวัสดุที่ใช้ การทดสอบการผลิต และการทดสอบคุณสมบัติของถัง ดังนี้

  • สภาพการใช้งาน (Service Conditions) ได้กำหนดมาตรฐานการออกแบบ การทดสอบ และ ความปลอดภัยของถังบรรจุก๊าซให้มีอายุการใช้งานไม่เกิน 20 ปี ที่ระดับแรงดัน 200-240 บาร์ (200 – 240 เท่า ของบรรยากาศ) ณ อุณหภูมิ 15 องศาเซลเซียส (หรือเท่ากับ 3,000 – 3,600 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว ณ อุณหภูมิ 70 องศาฟาเรนไฮท์) และกำหนดให้ถังบรรจุก๊าซต้องมีการตรวจสอบทุกๆ 3 ปี หรือ หลังจากการเกิดอุบัติเหตุ
  • การรับประกันคุณภาพ (Quality Assurance) เกี่ยวข้องกับระยะเวลาในการทดสอบ และ ตรวจสอบคุณภาพของถัง เพื่อให้ผู้ผลิตผลิตถังได้ตามมาตรฐานการออกแบบและทดสอบ ซึ่งส่วนใหญ่จะควบคุม ดูแลโดยหน่วยงานของรัฐ และมีคณะกรรมการ NGV 2 เป็นผู้กำหนดแนวทางปฏิบัติในด้านนี้ ทั้งนี้ ผู้ผลิตซึ่งมี ระบบตรวจสอบคุณภาพจะต้องมีการลงทะเบียนให้เป็นไปตามมาตรฐาน ISO 9001-9002 เพื่อนำไปสู่การ ตรวจสอบและทดสอบการผลิต หรืออาจจ้างผู้ตรวจสอบอิสระ เข้ามาทำหน้าที่ตรวจสอบ และทดสอบระบบคุณภาพ ของผู้ผลิตเป็นระยะๆ โดยผู้ตรวจสอบจะต้องให้การรับรองว่า วัสดุที่ใช้และการออกแบบเป็นไปตามมาตรฐานที่กำหนด
  • วัสดุและการทดสอบวัสดุที่ใช้ (Materials and Material Testing) ตัวถังบรรจุก๊าซที่เป็นถังชั้นนอก และถังชั้นใน ต้องทำด้วยเหล็ก หรืออลูมิเนียม ซึ่งได้รับการทดสอบแล้วว่า มีความแข็งแรงทนต่อแรงกระทบ และการผุกร่อน ในส่วนที่เสริมด้วยเส้นใย ต้องทำจากเส้นใยคาร์บอน และเส้นใยแก้วตามสัดส่วนที่กำหนด ซึ่งทดสอบแล้วว่าทนต่อแรงระเบิดได้ นอกจากนี้ เรซินที่ใช้เคลือบ ต้องเป็นวัสดุพลาสติก ที่ทำให้อ่อนตัวได้โดยใช้ความร้อน โดยคุณสมบัติเดิมไม่เปลี่ยนแปลง (Thermoplastic) หรือเป็นพลาสติกชนิดที่ถูกความร้อนครั้งหนึ่ง แล้วก็หมดคุณสมบัติในการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง (Thermosetting plastic)
  • การทดสอบการผลิต (Batch and Production Testing) เป็นการสุ่มตัวอย่างในการผลิตแต่ละครั้ง เพื่อทดสอบให้มั่นใจว่าในการผลิตถังบรรจุก๊าซแต่ละครั้ง มีการออกแบบ และทำตัวถังเหมือนกันทุกครั้ง หรือมีความคงที่ในกระบวนการผลิต โดยไม่มีการปรับลดคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ในการผลิต การทดสอบจะรวมถึงการขยายตัวของถังชั้นนอก และถังชั้นใน การเคลือบ การรั่ว ความสมดุลของของเหลว การระเบิด และระยะเวลาการใช้งาน เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีความชำรุดเสียหายหรือรอยร้าวของถัง
  • การทดสอบคุณสมบัติของถัง (Qualification Testing) เป็นการทดสอบเพื่อให้มั่นใจว่าการ ออกแบบถังบรรจุก๊าซจะมีความปลอดภัยตลอดอายุการใช้งาน โดยจะมีการทดสอบเมื่อมีการออกแบบถังใหม่ หรือเมื่อมีการปรับปรุงถังที่ใช้งานอยู่แล้ว การทดสอบคุณสมบัติของถังมีหลายวิธี ได้แก่
  • การทดสอบการระเบิด (Burst) เพื่อให้มั่นใจว่าการออกแบบถังมีพื้นฐานที่สมบูรณ์ และมี การเสริมเส้นใยตามอัตราส่วนที่กำหนดไว้


+ การทดสอบรอบการใช้งานในสภาพบรรยากาศ (Ambient Cycling) เป็นการทดสอบการรั่ว หรือการแตกร้าวของถัง โดยทดสอบรอบการใช้งาน ณ ระดับอุณหภูมิที่แตกต่างกัน

+ การทดสอบการไหม้ไฟ (Bonfire) เป็นการทดสอบโดยนำถังบรรจุก๊าซไปวางไว้ในกองไฟ ณ ระดับแรงดันใช้งานที่ 25% และ 100% เพื่อตรวจสอบการออกแบบและการติดอุปกรณ์ลดแรงดันของถังที่เหมาะสม


+ การทดสอบการทนต่อการแตกร้าว (Flaw Tolerance) เป็นการใช้เครื่องจักรทดสอบภายนอก ของถังเพื่อตรวจสอบความคงทนต่อการแตกร้าวของถัง


+ การทดสอบการตกจากที่สูง (Drop) เป็นการทดสอบการปล่อยถังตกมาจากที่สูง ตามแนวนอนที่ระดับความสูง 3 เมตร ลงบนพื้นคอนกรีต และตามแนวตั้งที่ระดับความสูง 1.8 เมตร เพื่อตรวจสอบการรั่ว หรือรอยแตกซึ่งเป็นผลมาจากการตกลงมาจากที่สูง


+ การทดสอบโดยใช้ปืนยิง (Gunfire) เป็นการทดสอบเพื่อตรวจสอบความแข็งแรงของถัง โดยใช้อาวุธปืนขนาดลำกล้อง 30 มิลลิเมตร มีความเร็วของวิถีการยิงที่ 850 เมตรต่อวินาที ซึ่งพบว่าไม่มีผล ทำให้ถังเสียหายแต่อย่างใด


      เนื่องจากก๊าซธรรมชาติมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำมัน รถ NGV จึงควรมีถังบรรจุก๊าซติดตั้งที่รถ ประมาณ 2-4 ถัง เพื่อให้สามารถวิ่งได้ระยะทางเกินกว่า 250 ไมล์ หรือเกินกว่า 400 กิโลเมตรโดยประมาณ และ เนื่องจากถังบรรจุก๊าซมีขนาดใหญ่และน้ำหนักมากจึงเป็นปัญหาหลักของรถ NGV ถึงแม้ว่าในปัจจุบันได้มีการ พัฒนาถังบรรจุก๊าซให้มีน้ำหนักเบาลง แต่ก็ยังมีขนาดใหญ่และน้ำหนักมากกว่าถังน้ำมันเชื้อเพลิงทั่วไป โดยมีขนาดและน้ำหนักแตกต่างกันไปแล้วแต่ผู้ผลิตแต่ละราย ถ้าท่านผู้อ่านมีไอเดียดีๆ ที่สามารถทำถังเอ็นจีวีให้มีน้ำหนักเบาลงกว่าที่มีใช้อยู่ในปัจจุบันล่ะก็ อย่าลืมกระซิบบอกกันบ้างนะค่ะ เราจะได้จูงมือกัน “รวย” ไงค่ะ

ก๊าซ NGV สำหรับประเทศไทยและอนาคต

    สำหรับตอนนี้เป็นตอนจบ กล่าวถึงเรื่องราวเมื่อพระเอกเดินทางเข้ามาใช้ชีวิตในประเทศไทยของเรา  เรื่องราวจะเข้มข้นขนาดไหน ต้องติดตามอ่านให้จบนะค่ะ

แล้วประเทศไทยของเราเริ่มใช้ก๊าซ NGV ในรถยนต์เมื่อไหร่ล่ะ?


    ปี พ.ศ. 2523 ประเทศไทยได้มีการนำก๊าซปิโตรเลียมเหลว (LPG) มาใช้ในยานยนต์ตั้งแต่ ปี พ.ศ. 2513 และเป็นที่แพร่หลายมากขึ้น เนื่องจากราคา LPG มีราคาถูกกว่าน้ำมัน ส่วนใหญ่จะใช้ในรถแท๊กซี่และ รถสามล้อเครื่อง โดยมีการดัดแปลงเครื่องยนต์ที่นำเข้ามาจากญี่ปุ่น อย่างไรก็ตาม วิธีการดัดแปลงยังอยู่ในขั้นพื้นฐาน และมาตรฐานทางด้านความปลอดภัยยังไม่ดีพอ รวมทั้ง กฎระเบียบในด้านความปลอดภัยยังไม่รัดกุม จึงมักก่อให้เกิดอุบัติเหตุเพลิงไหม้หรือเกิดระเบิดได้ นอกจากนี้ สถานีเติม LPG ค่อนข้างขาดแคลน เนื่องมาจาก ต้นทุนในการก่อสร้างและราคาที่ดินในกรุงเทพฯ จึงส่งผลให้ตลาดรถยนต์ที่ใช้ LPG เป็นเชื้อเพลิง ไม่ได้รับการส่งเสริมและพัฒนาเท่าที่ควร แต่ในปัจจุบันเนื่องจากราคาน้ำมันที่เพิ่มสูงขึ้น จึงมีรถแท๊กซี่เปลี่ยนไปใช้ LPG เป็นเชื้อเพลิงมากขึ้นถึงร้อยละ 70 - 80 ของจำนวนแท๊กซี่ที่มีอยู่ขณะนี้ประมาณ 58,000 คัน

     ปี 2527 เริ่มมีการทดลองใช้ก๊าซ NGV กับ รถโดยสาร ขสมก. และ รถตุ๊ก ตุ๊ก เป็นครั้งแรก ซึ่งผลการทดสอบสมรรถนะของเครื่องยนต์เป็นที่น่าพอใจ แต่เนื่องจากขณะนั้นน้ำมันเชื้อเพลิงมีราคาถูก การใช้ก๊าซ NGV จึงไม่คุ้มค่ากับการลงทุนดัดแปลงเครื่องยนต์

 

Image


     ปี 2536 รัฐบาลของ ฯพณฯ อานันท์ ปันยารชุน ได้ให้ความสำคัญกับปัญหามลพิษทางอากาศ จึงได้สนับสนุนให้มีการใช้ก๊าซ NGV มากขึ้น โดยให้การสนับสนุนด้านเงินทุนแก่ ขสมก.ในการจัดซื้อรถโดยสาร NGV จำนวน 82 คัน และปตท.ในการก่อสร้างสถานีบริการก๊าซ NGV แห่งแรกในประเทศไทย ณ อู่รถโดยสารรังสิต ของ ขสมก.
 


     ปี 2543 ปตท.จัดทำโครงการทดสอบการใช้ก๊าซ NGV ในรถแท็กซี่ จำนวน 100 คัน โดย ปตท. เป็นผู้ออกค่าใช้จ่าย ในการติดตั้งอุปกรณ์ทั้งหมด ให้กับรถแท็กซี่ที่เข้าร่วมโครงการ ซึ่งจากผลการสำรวจความคิดเห็น ของผู้ขับรถแท็กซี่เป็นที่น่าพอใจ



     ปี 2544 ปตท. จัดทำโครงการนำร่องการใช้ก๊าซ NGV ในรถแท็กซี่ จำนวน 1,000 คัน โดย ปตท. และกองทุนเพื่อส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงาน เป็นผู้ออกค่าใช้จ่ายในการติดตั้งอุปกรณ์ทั้งหมด พร้อมกันนี้ ปตท. ได้เร่งรัดการก่อสร้างสถานีเติมก๊าซ NGV ในเขตกรุงเทพฯและปริมณฑล ให้ดำเนินไปตามแผนที่ได้วางไว้ปี 2545

    รถแท็กซี่ที่เข้าร่วมโครงการนำร่องการใช้ก๊าซ NGV ในแท็กซี่ 1,000 คัน ได้รับการติดตั้งอุปกรณ์แล้วเสร็จ และ ปตท. ได้เร่งขยายจำนวนสถานีบริการก๊าซ NGV โดยมีสถานีเปิดดำเนินการ 5 สถานี

 






การใช้ก๊าซธรรมชาติของประเทศไทยในอนาคต

     สำหรับประเทศไทยได้มีการกำหนดเป็นนโยบายด้านพลังงานของประเทศ ที่ต้องการให้มีการขยายการใช้ก๊าซ NGV ในภาคคมนาคมขนส่ง เพื่อบรรเทาความเดือดร้อนเนื่องจากปัญหาราคาน้ำมันแพง และปัญหาด้านมลพิษทางอากาศ เพื่อให้สอดคล้องกับนโยบายของรัฐบาล ปตท.จึงได้จัดตั้งโครงการก๊าซธรรมชาติสำหรับยานยนต์ (NGV Project) เพื่อสนับสนุนผลักดันให้มีการใช้ก๊าซธรรมชาติในรถยนต์ให้มากขึ้น





ทั้งนี้เนื่องจาก "NGV" มีคุณสมบัติพิเศษ คือ

1. สะอาด  เนื่องจาก NGV มีสัดส่วนของคาร์บอนน้อยกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่น และมีคุณสมบัติเป็นก๊าซทำให้การเผาไหม้สมบูรณ์มากกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่น และปริมาณไอเสียที่ปล่อยออกจากเครื่องยนต์ใช้ก๊าซธรรมชาติมีปริมาณต่ำกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่น NGV จึงนับเป็นเชื้อเพลิงที่สะอาดไม่ก่อให้เกิดควันดำหรือสารพิษที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพของประชาชน จึงสามารถลดปัญหามลพิษทางอากาศซึ่งนับวันจะทวีความรุนแรงมากขึ้น จากการศึกษาพบว่าเครื่องยนต์ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติจะมีระดับการปล่อยสารพิษที่ต่ำ สามารถลดก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ได้ถึงร้อยละ 50-80 ลดก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ได้ร้อยละ 60-90 , ลดก๊าซไฮโดรคาร์บอนได้ร้อยละ 60-80 และไม่ก่อให้เกิดฝุ่นละอองหรือเขม่าจากท่อไอเสีย (ทั้งก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์และก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ เป็นก๊าซที่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาเรือนกระจก หรือที่เรียกกันโดยทั่วไปว่า Green House Effect งัยล่ะ)

2. ปลอดภัย ก๊าซ NGV นับว่าเป็นเชื้อเพลิงที่ใช้ในรถยนต์ที่มีความปลอดภัยมากที่สุด เพราะก๊าซ NGV เบากว่าอากาศ ในขณะที่ก๊าซหุงต้มและน้ำมันเบนซินหรือดีเซลหนักกว่าอากาศ ดังนั้น เมื่อเกิดรั่วไหล ก๊าซ NGV จะไม่สะสมอยู่บนพื้นดินจนเกิดการลุกไหม้เหมือนเชื้อเพลิงอื่นๆ

     นอกจากนี้ อุณหภูมิที่ก๊าซ NGV จะลุกติดไฟในอากาศเองได้ (เมื่อมีความเข้มข้นของเชื้อเพลิงพอ) สูงถึง 650 องศาเซลเซียส ในขณะที่ก๊าซหุงต้มจะติดไฟได้เองที่ 481 องศาเซลเซียส น้ำมันเบนซินที่ 275 องศาเซลเซียส และน้ำมันดีเซลที่ 250 องศาเซลเซียส ส่วนความเข้มข้นขั้นต่ำสุดที่จะลุกติดไฟได้เองของก๊าซ NGV จะต้องมีปริมาณสะสมถึง 5% ในขณะที่ก๊าซหุงต้มจะอยู่ที่ 2.0% จากคุณสมบัติข้างต้นก๊าซ NGV จึงมีโอกาสเกิดการลุกไหม้ได้ยากกว่าเชื้อเพลิงอื่นๆ นอกจากนี้ หากมีการรั่วไหลจะเกิดเสียงดังเนื่องจากมีความดันสูงจึงเป็นสัญญาณเตือนภัยได้อย่างดี

     ยังค่ะยังไม่จบ เมื่อตะกี้นี้มีคนใกล้ชิด กระซิบถามว่า “แล้วเราจะมีก๊าซธรรมชาติใช้อีกนานแค่ไหนกันล่ะ?” ซึ่งเป็นคำถามที่น่าสนใจทีเดียวใช่ไหมค่ะ

บทสรุป และ เกี่ยวกับผู้เขียน

ก๊าซธรรมชาติในประเทศไทยมีเท่าใดแน่

     ถ้าถามออกไปว่า ก๊าซธรรมชาติในประเทศไทยมีมากน้อยเท่าใด จะใช้ได้อีกกี่ปี ท่านคงได้คำตอบกลับมาหลากหลาย  ฝ่ายหนึ่งก็บอกว่าหมดใน 18 ปี อีกฝ่ายก็บอกว่ามีใช้ได้ 50 ปี ถึงเวลานั้นก็มีเทคโนโลยีพลังงานประเภทอื่นมาทดแทนแล้ว

จริงแล้วปริมาณสำรองก๊าซธรรมชาติ ที่มีการกล่าวอ้างถึงนั้น พอแยกได้เป็น 3 ระดับ คือ

  • Proved Reserve คือ ปริมาณสำรองที่พิสูจน์แล้ว มีความมั่นใจที่จะผลิตได้ในอนาคตจากแหล่งสำรวจที่พบแล้ว ภายใต้สภาพเศรษฐกิจที่เป็นอยู่ในขณะนั้น โดยทั่วไปมีความน่าจะเป็นเกินกว่า 90%
  • Probable Reserve คือ ปริมาณสำรองที่มีความเชื่อมั่นและเป็นไปได้ในการผลิตได้ในอนาคตจากแหล่งสำรวจที่พบแล้ว ภายใต้สภาพเศรษฐกิจที่เป็นอยู่ในขณะนั้น โดยทั่วไปมีความน่าจะเป็นเกินกว่า 50%
  • Possible Reserve คือ ปริมาณสำรองที่เป็นไปได้หรืออาจจะเป็นในการผลิตได้ในอนาคตจากแหล่งสำรวจที่พบแล้ว ภายใต้สภาพเศรษฐกิจที่เป็นอยู่ในขณะนั้น แต่มีความเชื่อมั่นและเป็นไปได้ในการผลิตเกินกว่า 10%

ทั้งนี้การนำไปใช้งาน จะแบ่งเป็น

  • 1P เฉพาะปริมาณสำรองที่พิสูจน์แล้ว
  • 2P ปริมาณสำรองที่พิสูจน์แล้ว รวมกับ Probable Reserve
  • 3P ปริมาณสำรองที่พิสูจน์แล้ว รวมกับ Probable Reserve และ Possible Reserve

    จากข้อมูลปริมาณการสำรองก๊าซธรรมชาติในประเทศของกรมทรัพยากรธรณี ณ 31 ธันวาคม 2543 โดยแหล่งสำรองก๊าซฯ ในประเทศไทยจะประกอบด้วย แหล่งอ่าวไทย ซึ่งรวมพื้นที่คาบเกี่ยว ไทย – มาเลเซีย แหล่งที่ราบสูงโคราช และแหล่งที่ราบภาคกลาง หากเป็นสำรอง 1P จะมีปริมาณ 12.7 ล้านล้านลูกบาศก์ฟุต 2P จะมีปริมาณ 22.3 ล้านล้านลูกบาศก์ฟุต และ 3P จะมีปริมาณ 33.7 ล้านล้านลูกบาศก์ฟุต

    อย่างไรก็ตาม ประเทศไทยมีการใช้ก๊าซธรรมชาติจากประเทศเพื่อนบ้านด้วย ได้แก่ พม่า (แหล่งยาดานา และแหล่งเยตากุน) ซึ่งปัจจุบันมีการนำเข้าจากสหภาพพม่าวันละ 2,000 ล้านลูกบาศก์ฟุต และในอนาคตก็อาจรับซื้อจากที่อื่น ได้แก่ เวียดนาม และพื้นที่คาบเกี่ยวไทย – กัมพูชา โดยปริมาณสำรองก๊าซธรรมชาติ ในส่วนที่สามารถพัฒนานำมาใช้ในประเทศไทยได้อยู่ในระดับ 9.5 – 19.7 ล้านล้านลูกบาศก์ฟุต 

    สำหรับข้อมูลปริมาณสำรองก๊าซฯ 1P ในประเทศ เป็นปริมาณสำรองที่พิสูจน์แล้ว มีความแน่นอนมากที่สุด ซึ่งเป็นเครื่องชี้ให้เห็นถึงแหล่งพลังงานในประเทศว่ามีมากน้อยเพียงใด

   ในการคำนวณอายุการใช้งานของก๊าซธรรมชาติ จะคำนวณโดยนำปริมาณสำรองก๊าซฯ มาหารด้วยปริมาณความต้องการใช้ก๊าซฯ

   ทั้งนี้ปริมาณสำรองก๊าซฯ จะขึ้นอยู่กับการเลือกใช้นิยามปริมาณสำรอง 1P 2P หรือ 3P โดยในการวางแผนมักจะใช้ 1P หรือ 2P เพราะค่อนข้างมีความแน่นอน ส่วนปริมาณความต้องการใช้ก๊าซฯ อาจจะเลือกใช้ความต้องการใช้ก๊าซฯ คงที่เท่ากับในปัจจุบัน (คือประมาณ 1 ล้านล้านลูกบาศก์ฟุต/ปี) หรือปริมาณที่เปลี่ยนแปลงไปตามคาดการณ์ในอนาคตก็ได้ สำหรับความต้องการใช้ก๊าซฯ นั้น ปตท. ได้ประมาณว่าจะเพิ่มขึ้นจาก 2,444 ล้านลูกบาศก์ฟุตต่อวัน ในปี 2545 เป็น 3,914 ล้านลูกบาศก์ฟุตต่อวัน ในปี 2559

    ดังนั้นการคำนวณอายุการใช้งานของก๊าซฯ หากใช้ปริมาณสำรอง 1P ของทั้งแหล่งในประเทศและในประเทศเพื่อนบ้าน และใช้ประมาณการความต้องการใช้ก๊าซฯ ที่เพิ่มขึ้นตามการพยากรณ์ของ ปตท. ซึ่งผลที่ได้จะสามารถใช้ก๊าซฯ ได้อีก 18 ปี หากใช้ปริมาณสำรอง 2P (Proved + Probable) สำหรับแหล่งในประเทศ และในประเทศเพื่อนบ้าน โดยมีความต้องการใช้ก๊าซฯ เพิ่มขึ้นตามการประมาณการของ ปตท. จะมีก๊าซฯ ใช้ได้รวมทั้งหมดอีก 24 ปี  อย่างไรก็ตามหากใช้ปริมาณ 3P ของทั้งแหล่งในประเทศ และในประเทศเพื่อนบ้าน และแม้ว่าปริมาณการใช้ก๊าซฯ ไม่เพิ่มขึ้น ประเทศไทยก็จะมีก๊าซใช้อีก 50 ปี แต่ 3P นี้มีความไม่แน่นอนสูง

สรุปสุดท้ายค่ะ

    ยานยนต์ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง หรือ NGV ได้มีการนำมาใช้ในหลายๆ ประเทศ เกือบทั่วทุกภูมิภาคของโลก แต่อัตราการเพิ่มยังไม่มากนักเมื่อเทียบกับยานยนต์ที่ใช้น้ำมันเป็นเชื้อเพลิง ทั้งนี้เนื่องจากยานยนต์ที่ใช้น้ำมันเป็นเชื้อเพลิง ได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีมานานกว่า อย่างไรก็ตามรูปข้างล่างแสดงให้เห็นถึงปริมาณการค้าขายน้ำมันและก๊าซธรรมชาติจากประเทศผู้ผลิตสู่ลูกค้านานาประเทศทั่วโลกในปี พ.ศ. 2546 ซึ่งพบว่ามีการใช้น้ำมันกันอย่างแพร่หลายทั่วโลก แต่การใช้ก๊าซธรรมชาตินั้นค่อนข้างจำกัดอยู่ในบางพื้นที่เท่านั้น เช่น ทวีปยุโรปและทวีปอเมริกา



ปริมาณการค้าขายน้ำมันและก๊าซธรรมชาติทั่วโลกในปี พ.ศ. 2546


     แต่เมื่อเกิดวิกฤตการณ์น้ำมันอย่างที่เป็นปัญหาอยู่ทุกวันนี้ ก๊าซธรรมชาติจึงเป็นทางเลือกเชื้อเพลิงหนึ่ง เพื่อทดแทนการใช้น้ำมันเชื้อเพลิง ประกอบกับก๊าซธรรมชาติเป็น เชื้อเพลิงที่มีการเผาไหม้ที่สะอาด จึงได้มีการนำมาใช้อย่างแพร่หลายมากขึ้น เพื่อลดปัญหาผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

    ในการพัฒนาตลาดรถ NGV จำเป็นต้องมีการพัฒนาโครงสร้างบริการพื้นฐานควบคู่ไปด้วย ได้แก่ ระบบท่อส่งก๊าซธรรมชาติ และสถานีเติมก๊าซ ซึ่งโครงสร้างบริการพื้นฐานดังกล่าวมีค่าลงทุนค่อนข้างสูง ดังนั้นการที่จะพัฒนาตลาดรถ NGV ให้แพร่หลายมากขึ้น จำเป็นต้องได้รับการสนับสนุนจากรัฐบาล ในการลงทุนพัฒนาโครงสร้างบริการพื้นฐาน อุปกรณ์การผลิต และอุปกรณ์ดัดแปลงต่างๆ เช่นเดียวกับในประเทศไทย การพัฒนาตลาดรถ NGV จะประสบผลสำเร็จได้นั้น ก็ต้องได้รับการสนับสนุนจากรัฐบาล และความร่วมมือจากหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง ในการขจัดปัญหาและอุปสรรค เพื่อสนับสนุนการพัฒนาตลาดรถ NGV ให้แพร่หลายมากขึ้นเช่นเดียวกับประเทศอื่นๆ โดยเฉพาะในช่วงที่ราคาน้ำมันมีความผันผวน และมีแนวโน้มเพิ่มสูงขึ้น ก๊าซธรรมชาติจึงเป็นทางเลือกเชื้อเพลิงหนึ่ง ที่จะมีบทบาทมากขึ้นในภาคคมนาคมขนส่งต่อไปในอนาคต เพราะหากสามารถนำมาใช้ได้อย่างแพร่หลาย ก็จะช่วยชาติประหยัดเงินในการนำเข้าน้ำมันเชื้อเพลิงได้มากทีเดียว สมกับที่ได้ชื่อว่า “ก๊าซธรรมชาติ "เอ็นจีวี"พระเอกตัวจริงในช่วงวิกฤตน้ำมันแพง”

    อย่างไรก็ตามก๊าซธรรมชาติเป็นทรัพยากรที่ใช้แล้วหมดสิ้นไป การนำมาใช้จึงควรพิจารณาเรื่องราคา ความคุ้มค่าเชิงเศรษฐกิจ และความมั่นคงที่เก็บสำรองไว้ใช้ในอนาคต การเร่งใช้ก๊าซธรรมชาติจะทำให้ก๊าซธรรมชาติหมดเร็วขึ้น ไม่พอใช้สำหรับลูกหลานในอนาคต  ฉะนั้นควรมีการวางแผนการใช้ก๊าซธรรมชาติอย่างคุ้มค่าและมีประสิทธิภาพมากที่สุด เพื่อให้เกิดผลประโยชน์สูงสุดต่อประเทศโดยส่วนรวมในระยะยาว

อ้างอิง

http://www.eppo.go.th/vrs/VRS49-02-NGV.html

บทความนี้ได้รับการนำไปเผยแพร่ต่อแล้ว ที่

+ หนังสือพิมพ์มติชน

+ หนังสือพิมพ์เดลินิวส์ วันที่ 6 พ.ค. 2549

+ วารสาร สสวท. ฉบับเดือน พฤษภาคม 2549

เกี่ยวกับผู้เขียน
ดร.อรสา อ่อนจันทร์ จบ ป.ตรี ด้านเคมี ที่คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์
และ ปริญญาโทใบแรก ด้าน Polymer Science (international program) จาก Petroleum and Petrochemical College (จุฬาลงกรณมหาิวิทยาลัย combined with Case Western University, University of Michigan, University of Oklahoma) และสำเร็จปริญญาโทใบที่ 2 และ ปริญญาเอก ด้าน Polymer Science and Engineering จาก Lehigh University ประเทศสหรัฐอเมริกา




ดร.อรสา ไม่เพียงเป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ กรมวิทยาศาสตร์บริการ แต่ยังเป็นคนที่ถ่ายทอด
เรื่องราววิทยาศาสตร์ได้อย่างดีเยี่ยม สนุกสนาน ฟังง่าย เข้าใจง่าย




ดร.อรสา เป็นอีกหนึ่งท่าน ที่ขอเป็นอีกแรง ช่วยผลักดัน การเผยแพร่เรื่องราววิทยาศาสตร์ดีๆ
สู่ประเทศไทย ผ่านวิชาการ.คอม


 


 

  รหัสลับนาโนเทคโนโลยี ใน รหัสลับดาวินชี (The Da Vinci Code)

สุดยอดความลับของนาโนเทคโนโลยีที่แฝงตัวอยู่ใน The Da Vinci Code กำลังจะถูกเปิดเผย ไม่ว่าจะเป็นเรื่องราวของ ลำดับเลขฟีโบนักชี ฟี (Φ) อัตราส่วนทองคำ เพนทาเคิล รหัสลิขิต เลโอนาร์โด ดาวินชี สมาคมลับเดอะไพรเออรี่ออฟไซออน โฮลี่เกรล นาโนไดรฟ์ ฯลฯ

ผู้เขียน: ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา

ลำดับเลขฟีโบนักชี (Fibonacci numbers)

     สุดยอดความลับของนาโนเทคโนโลยีที่แฝงตัวอยู่ใน The Da Vinci Code กำลังจะถูกเปิดเผย ไม่ว่าจะเป็นเรื่องราวของ ลำดับเลขฟีโบนักชี  ฟี (?) อัตราส่วนทองคำ เพนทาเคิล รหัสลิขิต เลโอนาร์โด ดาวินชี  สมาคมลับเดอะไพรเออรี่ออฟไซออน โฮลี่เกรล นาโนไดรฟ์ ฯลฯ

    จุดประสงค์ที่ผู้เขียน จัดทำบทความนี้ขึ้นมา ก็เพื่ออยากให้คนไทย สนใจที่จะเรียนรู้เรื่องราวทางวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะทางด้าน นาโนศาสตร์ (nanoscience) และ นาโนเทคโนโลยี (nanotechnology) ได้อย่างสนุกสนาน โดยไม่รู้สึกว่าวิทยาศาสตร์นั้นเข้าใจยาก หรือมีเนื้อหาที่น่าเบื่อหน่าย โดยการสอดแทรกเกร็ดความรู้ ต่างๆที่เกี่ยวข้องกับนาโนเทคโนโลยี เข้าไปในประเด็นต่างๆ ที่ปรากฎอยู่ในเนื้อหาของนวนิยายอาชญากรรมซ่อนเงื่อน ที่โด่งดังติดอันดับหนังสือขายดีที่สุดของโลก นั่นก็คือ "รหัสลับดาวินชี” (The Da Vinci Code) ผลงานการประพันธ์ของ แดน บราวน์ ซึ่งกลายเป็นภาพยนตร์ฟอร์มยักษ์ ให้คนทั่วโลกได้ชมกันในขณะนี้ ซึ่งให้ชื่อภาษาไทยว่า “รหัสลับระทึกโลก”โดยประเด็นต่างๆ ที่เลือกมานำเสนอมีดังต่อไปนี้

Fibonacci number spirals in a sunflower seed pod

เลขฟีโบนักชี

ลำดับเลข ฟีโบนักชี (Fibonacci numbers) เป็นลำดับเลขที่มีชื่อเสียงมากที่สุดแบบหนึ่งในประวัติศาสตร์ ซึ่งถูกคิดค้นขึ้นโดยนักคณิตศาสตร์ชาวอิตาเลียนชื่อ เลโอนาร์โด ฟีโบนักชี (Leonardo Fibonacci) แห่งเมื่องปิซา เมื่อศตวรรษที่สิบสาม เลขฟีโบนักชีสามารถเขียนเป็นอนุกรมได้ดังนี้คือ

1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, x, y, x+y,  …

(ตัวเลขตำแหน่งที่ n เท่ากับ ตัวเลขตำแหน่งที่ n-1 บวกกับตัวเลขตำแหน่งที่ n-2, หรือ Xn = Xn-1 + Xn-2)

Fibonacci number spirals in a sunflower seed pod

เมล็ดของดอกทานตะวัน ในวงที่มีเกลียวการหมุนตามเข็มนาฬิกา มีจำนวนทั้งสิ้น 55 เมล็ด (เครื่องหมายสีแดง) ในขณะที่วงที่มีเกลียว การหมุนทวนเข็มนาฬิกา มีจำนวนทั้งสิ้น 89 เมล็ด (เครื่องหมายสีเขียว) (โดยที่ทั้ง 55 และ 89 ต่างก็สอดคล้องกับลำดับเลขฟีโบนักชี)


ต้นตะบองเพชรที่มีลักษณะการจัดเรียงตัวของปุ่มหนามสอดคล้องกับเลขฟีโบนักชี

โดยมีวงเกลียวของปุ่มหนามที่หมุนตามเข็มนาฬิกา  3 วง (เส้นสีแดง)

และมีวงเกลียวที่หมุนทวนเข็มนาฬิกาจำนวน 5 วง (เส้นสีเหลือง) โดยที่ 3 และ 5 ก็คือลำดับเลขฟีโบนักชี

(ภาพประกอบจาก http://www-gap.dcs.st-and.ac.uk/~history/PictDisplay/Fibonacci.html)

Bones!

ความยาวของกระดูกนิ้วมือแต่ละข้อจะมีอัตราส่วนเรียงตามลำดับเลขฟีโบนักชี



เกลียวการหมุนของยอดปุ่มของกะหล่ำดอกพันธุ์โรมาเนตโก (Romanesco) มีความสอดคล้องกับเลขฟีโบนักชีเช่นเดียวกัน

(ภาพประกอบจาก http://wwpub.naz.edu:9000/~dghidiu7/phi.htm)

    จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ลำดับเลขฟีโบนักชี ได้เข้ามาสู่โลกของนาโนเทคโนโลยีแล้ว เมื่อนักวิทยาศาตร์จาก Lawrence Berkeley National Laboratory ในแคลิฟอร์เนีย ได้ร่วมมือกับนักวิทยาศาสตร์จาก Ames Laboratory แห่ง Iowa State University ในการใช้อุปกรณ์ ทางด้านนาโนเทคโนโลยี มาทำการศึกษาเกี่ยวกับเรื่องแรงเสียดทาน ที่เกิดขึ้นในระดับของอะตอม โดยการใช้กล้องสแกนนิ่งทัลเนลลิ่งเอสทีเอ็ม (Scanning tunneling microscope, STM) ถ่ายภาพลักษณะการจัดเรียงตัว ของอะตอมบนผิวหน้าของผลึกสังเคราะห์ และใช้กล้อง อะตอมิกฟอร์ซไมโครสโคปหรือเอเอฟเอ็ม (Atomic force microscope, AFM) ในการวัดแรงเสียดทาน ที่เกิดขึ้นระหว่างหัวเข็มของกล้อง AFM กับอะตอมบนผิวหน้าผลึก ที่มีการจัดเรียงอะตอมแตกต่างกัน

     ซึ่งจากการทดลองพบว่าแรงเสียดทาน ที่วัดได้จากการจัดเรียงตัว ของอะตอมแบบคาบซ้ำ
(periodic) จะมีค่าสูงกว่า การจัดเรียงตัวของอะตอมแบบไม่เป็นคาบซ้ำ (aperiodic) ถึง 8 เท่า! โดยการศึกษา เกี่ยวกับแรงเสียดทานที่เกิดขึ้น ในระดับอะตอมนี้จะทำให้ นักวิทยาศาสตร์เข้าใจธรรมชาติ ของแรงเสียดทานและสมบัติทางด้านนาโนไทรโบโลยี (nanotribology) เช่น การสึกหรอ การเสียดสี หรือการหล่อลื่น ที่เกิดขึ้นบริเวณผิวหน้าของสสารต่างๆ ในระดับนาโนเมตรมากขึ้น  



การจัดเรียงตัวของอะตอม บนผิวหน้าผลึกในทิศทางหนึ่ง จะมีอะตอมแต่ละอะตอมอยู่ห่างจากกัน เป็นระยะห่างประมาณ 4 อังสตรอม (?) เท่ากัน แต่ในอีกทิศทางหนึ่ง กลับพบว่าอะตอมแต่ละอะตอม อยู่ห่างจากกันเป็นระยะทาง ที่ไม่เท่ากัน โดยมีระยะห่างระหว่างอะตอม แต่ละตอมเรียงตามลำดับเลขฟีโบนักชี! โดยที่ L=13?, L1=8?, L2=5?, S=8?, S1=5?, S2=3? นอกจากนี้ยังพบว่า การจัดเรียงตัวของอะตอม นผิวหน้าผลึก ที่เป็นแบบคาบซ้ำ จะมีแรงเสียดทานที่กระทำกับหัวเข็มของกล้อง AFM สูงกว่าอะตอม ที่มีการเรียงตัว เป็นแบบไม่เป็นคาบซ้ำ

(ภาพจาก Science (2005) 309: 1354)

      นอกจากนี้ ทีมนักวิจัยชาวจีนที่นำโดย Zexian Cao แห่ง Chinese Academy of Sciences ในกรุงปักกิ่ง ได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับแรงเครียด (stress) ของทรงกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 ไมโครเมตร ที่มีแกนกลางเป็นเงิน และมีเปลือกหุ้มเป็นซิลิกอนออกไซด์หนา 150 นาโนเมตร เมื่อให้ความเย็น จะพบว่าเปลือกหุ้มซิลิกา ที่อยู่ด้านนอกจะมีการหดตัว มากกว่าแกนกลางที่เป็นเงิน ซึ่งจะส่งผลทำให้ ซิลิกาหดตัวกลายเป็นเม็ดทรงกลมขนาดเล็ก จับอยู่บริเวณผิวหน้าของแกนกลาง โดยเม็ดซิลิกา จะมีลักษณะการจัดเรียงตัว เป็นวงเกลียวที่มีความสอดคล้องกับลำดับเลขฟีโบนักชี  ยกตัวอย่างเช่น ทรงกลมที่มีเปลือกหุ้มขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 9.5 ไมโครเมตร จะมีเม็ดซิลิกาอยู่ที่ผิวจำนวน 92 เม็ด ที่มีการเรียงตัวเป็นวงเกลียว ตามเข็มนาฬิกา 8 เส้น และทวนเข็มนาฬิกา 5 เส้น (โดยที่ทั้ง 5 และ 8 ต่างก็สอดคล้องกับลำดับเลขฟีโบนักชี) หรือทรงกลม ที่มีเปลือกหุ้มขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง  18 ไมโครเมตร จะมีเม็ดซิลิกาจำนวน 230 เม็ด เรียงตัวเป็นวงเกลียวตามเข็มนาฬิกา 21 เส้น และทวนเข็มนาฬิกา 13 เส้น (โดยที่ทั้ง 13 และ 21 สอดคล้องกับลำดับเลขฟีโบนักชี)

Spherules formed on conically-shaped cores.

 
รูปประกอบ A, B และ C แสดงให้เห็นถึงลักษณะการจัดเรียงตัว ของเม็ดทรงกลม ขนาดเล็กของซิลิกา ที่อยู่บนผิวหน้าของแกนกลางที่เป็นเงิน

โดยรูป A แสดงให้เห็นการเรียงตัว ของเม็ดซิลิกา เป็นเส้นโค้งที่หมุนตามเข็มนาฬิกา จำนวน 8 เส้น

รูป B แสดงให้เห็นการเรียงตัวเป็นเส้นโค้ง ที่หมุนทวนเข็มนาฬิกาจำนวน 5 เส้น

รูป C เป็นการสมมุติว่า จุดที่มีเครื่องหมายบอกตำแหน่ง เป็นจุดสิ้นสุดของวงเกลียว ซึ่งจะพบว่าเม็ดซิลิกา จะมีวงเกลียวทวนเข็มนาฬิกาจำนวน 13 เส้น และมีวงเกลียวตามเข็มนาฬิกาจำนวน 21 เส้น ซึ่งเป็นลักษณะที่เหมือน กับการเรียงตัวของเกสรดอกตะบองเพชร Mammillaria nejapensis ในรูป D (ภาพประกอบจาก http://www.physorg.com/news5895.html และวารสาร Science (309) 909)
 
Pinecone!

ปุ่มของลูกสนมีการจัดเรียงตัวเป็นเกลียวที่มีจำนวนปุ่มตรงกับเลขฟีโบนักชี



เมล็ดดอกทานตะวัน มีการจัดเรียงตัวเป็นเกลียวที่หมุนตามเข็มนาฬิกา และทวนเข็มนาฬิกา โดยที่จำนวนเมล็ดที่อยู่ในเกลียว แต่ละเกลียวจะตรงกับเลขฟีโบนักชี นอกจากนี้ จำนวนเมล็ดที่อยู่ในเกลียว ที่หมุนตามเข็มนาฬิกาและตามเข็มนาฬิกา ยังมีอัตราส่วนเท่ากับอัตาส่วนทองคำ “phi”




อัตราส่วนระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียวเปลือกหอยนอติลุสที่มีความสอดคล้องกับลำดับเลขฟีโบนักชี

ฟี (Phi) อัตราส่วนทองคำ (Golden ratio) 

   Phi (Φ) (อ่านออกเสียงว่า “ฟี”) ก็คือตัวเลข 1.618… เป็นค่าคงที่ของธรรมชาติ ที่มีคุณสมบัติที่น่าทึ่งหลายประการ แต่คุณสมบัติที่น่าสนใจที่สุด ของ Phi ก็คือ Phi มีความเกี่ยวพัน กับลำดับเลขฟีโบนักชี เป็นอย่างมาก ทั้งนี้ก็เป็นเพราะว่า ถ้าเอาเลขฟีโบนักชีตัวใดตัวหนึ่งมา แล้วหารด้วยเลขฟีโบนักชี ในลำดับที่มาก่อนหน้าหนึ่งตำแหน่ง มักจะได้ผลหารเท่ากับ หรือใกล้เคียงกับ Phi หรือ 1.618… เสมอ ยกตัวอย่างเช่น เมื่อเรานำเลขฟีโบนักชีสองจำนวน ที่อยู่ติดกันมาหารกัน เช่น 309/191 จะได้ผลหารเท่ากับ 1.6179 หรือเอา 118/73 จะได้ผลหารเท่ากับ 1.6164 ซึ่งมีค่าใกล้เคียงกับ Phi เป็นอย่างมาก และถ้าเราพิจารณาเลขฟีโบนักชีที่มีค่ามากๆ จะพบว่าอัตราส่วนของเลขสองจำนวนจะเท่ากับ 1.6180339887... เสมอ

ค่าที่แท้จริงของ Phi เท่ากับ (1 + 5)/2) หรือประมาณ 1.61803398874989...



สี่เหลี่ยมผืนผ้าทองคำ (Golden Rectangle)


คือ สี่เหลียมผืนผ้าที่มีอัตราส่วนด้านยาวต่อด้านสั้นเท่ากับอัตราส่วนทองคำ หรือ phi นั่นเอง ความพิเศษของสี่เหลี่ยมทองคำก็คือถ้าเราแบ่งสี่เหลี่ยมผืนผ้าทองคำออกเป็นสองส่วน โดยส่วนแรกเป็นสี่เหลี่ยมจตุรัส และส่วนที่สองเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้าก็จะพบว่าสี่เหลี่ยมผืนผ้าอันเล็ก ที่เกิดขึ้นมาใหม่ก็ยังคงเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้าทองคำเช่นเดียวกัน ซึ่งถ้าเรายังแบ่งสี่เหลี่ยมผืนผ้าทองคำ ที่เกิดขึ้นใหม่ด้วยวิธีการเดียวกันนี้ ก็จะได้สี่เหลี่ยมจตุรัสและสี่เหลี่ยมผืนผ้าทองคำ ที่มีขนาดเล็กลงไปเรื่อยๆ ซ้ำไปซ้ำมาจนไม่รู้จบ



เพื่อให้เข้าใจสี่เหลี่ยมผืนผ้าทองคำมากขึ้น ลองพิจารณาจากรูปประกอบนี้ 

ถ้าสมมุติให้สี่เหลี่ยม ABCD เป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่มีอัตราส่วนทองคำแล้ว จะทำให้ AD/AB = AE/ED = phi โดยที่ FE = AE และ FE/ED= phi จะส่งผลให้สี่เหลี่ยม FCDE เป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่มีอัตราส่วนทองคำเช่นเดียวกันซึ่งจะทำให้ AD/EF = BD/CE = phi เช่นเดียวกัน

      Phi มีบทบาทในการเป็นรากฐานที่สำคัญให้กับธรรมชาติ คน สัตว์ พืช หรือแม้แต่อะตอม ซึ่งต่างก็มีสัดส่วนที่ตรงกับอัตราส่วนของ Phi ต่อ 1 อย่างน่าอัศจรรย์! จึงทำให้การปรากฏอยู่ ของตัวเลข Phi ในธรรมชาติ มีมากเกินกว่าที่จะเป็นการบังเอิญ จนราวกับว่าตัวเลข Phi ถูกสร้างขึ้นโดยพระเจ้า จนนักคณิตศาสตร์ชาวอิตาเลียน ชื่อ Luca Pacioli จึงได้เรียบเรียงตำราขึ้นมาเล่มหนึ่งชื่อ The Devine Proportion (สัดส่วนแห่งสวรรค์) ซึ่งมีเนื้อหาเกี่ยวข้องกับ Phi ขึ้นมาโดยเฉพาะ  จนถึงทุกวันนี้ได้มีการค้นพบว่า Phi เข้าไปเกี่ยวข้องกับธรรมชาติ และสิ่งต่างๆอย่างมากมาย เช่น ศาสตร์สัญลักษณ์ในวงการศิลปะ, สถาปัตยกรรม เช่น พีระมิดอียิปต์, ดนตรี, เกลียวสับปะรด, หลุมดำ, ซุปเปอร์โนวา (supernova) และทฤษฎี string ฯลฯ ตัวอย่างของสิ่งต่างๆที่เกี่ยวข้องกับ Phi มีดังนี้

  1. อัตราส่วนระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียวรอบเปลือกหอยนอติลุส
  2. อัตราส่วนเส้นผ่านศูนย์กลางของวงขดเกลียวของเมล็ดทานตะวันแต่ละวงเทียบกับวงถัดไป
  3. อัตราส่วนของสัดส่วนหน่วยโครงสร้างร่างกายมนุษย์ เช่น ระยะจากหัวถึงพื้นหารด้วยระยะจากสะดือถึงพื้น ระยะจากไหล่ถึงปลายนิ้วมือหารด้วยระยะจากข้อศอกถึงปลายนิ้วมือ หรือระยะจากสะโพกถึงพื้นหารด้วยระยะจากหัวเข่าถึงพื้น เป็นต้น
  4. งานศิลปะและสถาปัตยกรรมของจำนวนมากมาย เช่น มหาวิหารพาร์ธีนอน (Parthenon) ในเอเธนส์ หรือ มหาวิหารน็อตเตอร์ดาม (NotreDame Cathedral) ในปารีส เป็นต้น


มหาวิหารพาร์ธีนอนในกรุงเอเธนส์ที่มีสี่เหลี่ยมผืนผ้าทองคำซ่อนอยู่อย่างไม่รู้จบ ซึ่งส่งผลให้มหาวิหารแห่งนี้มีลักษณะทางสถาปัตยกรรมที่มีความสมมาตรและสวยงามมาก

จนกลายเป็นต้นแบบให้กับสิ่งก่อสร้างในภายหลังอีกหลายแห่ง

(ภาพประกอบจาก http://britton.disted.camosun.bc.ca/goldslide/jbgoldslide.htm</a>))



มหาวิหารน็อตเตอร์ดามแห่งปารีส และมหาวิหารพาร์ธีนอนในเอเธนส์ ต่างก็มีความเกี่ยวข้องกับ Phi ทั้งสิ้น ยกตัวอย่างเช่น ถ้าเอาความยาวของเส้นสีขาวหารด้วยความยาวของเส้นสีฟ้าจะมีผลหารเท่ากับ Phi หรือ 1.618…


สี่เหลี่ยมผืนผ้าทองคำที่ปรากฏอยู่บนใบหน้าและส่วนต่างๆของ โมนาลิซา

ซึ่งเป็นภาพวาดที่มีชื่อเสียงมากที่สุดรูปหนึ่งของโลก ที่วาดขึ้นโดย เลโอนาร์โด ดา วินชี


(ภาพประกอบจาก http://us.geocities.com/jyce3/leo.htm)

    ภาพ “โมนาลิซา” (Mona Lisa) เป็นผลงานชิ้นเอกของ เลโอนาร์โด ดา วินชี จิตรกรชาวอิตาเลียน ซึ่งในขณะนี้ตั้งแสดงอยู่ที่ห้องเดอะแกรนแกลเลอรี่ ในพิพิธภัณฑ์ลูฟว์ ประเทศฝรั่งเศส ในนาม “ลา โฌกงด์” (La Joconde) โมนาลิซาในภาพเป็นภาพเหมือนของหญิงสาวชื่อ “ลา จิโอกอนดา” (La Gioconda) ภรรยาของฟรานเซสโก เดล จิโอกอนดา ที่ เลโอนาร์โด วาดขึ้นโดยใช้เทคนิคการวาดภาพแบบสฟูมาโต (sfumato) เพื่อให้โทนสีของภาพออกมาดูนุ่มเบา

    ส่วนสาเหตุหนึ่งที่ทำให้โมนาลิซา กลายเป็นภาพวาดที่มีชื่อเสียงไปทั่วโลก ก็คงเป็นเพราะสีหน้าและรอยยิ้ม ที่โมนาลิซาแสดงออกมานั้นให้ความรู้สึกที่น่าฉงนมาก เพราะว่าบางมุมก็รู้สึกถึงความมีเสน่ห์ดึงดูดใจ ขณะที่บางมุมก็ให้ความรู้สึกโดดเดี่ยวแปลกแยก หรือบางครั้งก็รู้สึกราวกับว่า โมนาลิซาอยากจะบอกกับคนที่กำลังจ้องมองดูเธออยู่ว่า “ฉันรู้เรื่องที่คุณยังไม่รู้อีกเยอะแยะเลยนะ  จะบอกให้! ”




เดอะวิทรูเวียนแมน (the Vitruvian Man) เป็นภาพวาดที่มีชื่อเสียงมากของ เลโอนาร์โด ดาวินชี เนื่องจากเป็นภาพ ที่แสดงออกถึงความสามารถทางการวาดภาพ ที่เป็นศิลป์ผนวกกับความรู้ทางวิทยาศาสตร ์ของดาวินชีในการกำหนดสัดส่วน ทางคณิตศาสตร์ของร่างกายมนุษย์ โดยดาวินชีได้นำ Phi มาให้ในกำหนดสัดส่วนต่างๆ ของร่างกาย จนได้ภาพวาดของมนุษย์เพศชาย ที่มีรูปร่างสมบูรณ์แบบ และมีสัดส่วนถูกต้องมากที่สุด ซึ่งถือว่าเป็นผลงาน ทางด้านกายวิภาคศาสตร์ ที่ก้าวล้ำสมัยมาก ซึ่งในเวลาต่อมา ได้กลายเป็นหนึ่งในสัญลักษณ์ ทางวัฒนธรรมของมนุษยชาติ

     เพนตาเคิล (pentacle) หรือรูปดาวห้าแฉก เป็นสัญลักษณ์ของศาสนา ยุคก่อนคริสตกาล มีความหมาย ในการเป็นตัวแทนของเพศหญิง โดยที่เพนทาเคิล จะมีความเกี่ยวข้องกับ Phi เป็นอย่างมาก ทั้งนี้เนื่องจากอัตราส่วนต่างๆ ถูกที่แบ่งโดยเส้นทุกเส้น ในเพนทาเคิลจะมีค่าเท่ากับ Phi ทั้งหมด



     ส่วน เพนตากอน (pentagon) หรือรูปห้าเหลี่ยมด้านเท่า ก็มีความเกี่ยวข้องกับ Phi ด้วยเช่นกัน ทั้งนี้เนื่องจากอัตราส่วนระหว่างความยาวของเส้นทแยงมุมกับความยาวด้านของรูปห้าเหลี่ยมด้านเท่าจะมีค่าเท่ากับ Phi เสมอ! 



รูปแสดงอัตราส่วน ระหว่างความยาวเส้นทแยงมุม กับความยาวด้าน ของเพนตากอน

และความยาวของส่วนต่างๆ ที่เกิดจากการตัดกัน ของเส้นแทยงมุม จะมีค่าเท่ากับ Phi เสมอ

     เพนตาเคิล (รูปดาวห้าแฉก) และเพนตากอน (รูปห้าเหลี่ยมด้านเท่า) ซึ่งเป็นสัญลักษณ์ที่นิยมใช้ในทางศาสนา ลัทธิความเชื่อ และวงการศิลปะ ต่างก็มีความสัมพันธ์กับ Phi หรืออัตราส่วนทองคำ (golden ratio) เป็นอย่างมากจนน่าอัศจรรย์ใจ ซึ่งถ้าสังเกตรูปประกอบ ให้ดีจะเห็นว่า ทั้งเพนตาเคิลและเพนตากอน ซ้อนกันไปมาอย่างไม่รู้จบ และสัดส่วนต่างๆที่เกิดขึ้นจากเส้นที่ตัดกันไปมา ต่างก็มีความสัมพันธ์กับ Phi ทั้งสิ้น

    นอกเหนือไปจากสี่เหลี่ยมผืนผ้าทองคำ และรูปห้าเหลี่ยมด้านเท่าหรือเพนตากอนแล้ว รูปเรขาคณิตชนิดอื่นๆ ก็มีอัตราส่วนทองคำด้วยเช่นกัน เช่น รูปสามเหลี่ยมทองคำ และรูปสิบเหลี่ยมทองคำ เป็นต้น



รูปสามเหลี่ยมทองคำแบบมุมแหลม (Golden Triangle) ที่มีด้านยาวต่อด้านสั้นเป็นอัตราส่วนทองคำ ซึ่งมีสามเหลี่ยมทองคำแบบมุมแหลมและแบบมุมป้านขนาดเล็กซ้อนทับกันซ้ำไปซ้ำมาอย่างไม่รู้จบ




รูปสิบเหลี่ยมทองคำ (golden decacon) หรือรูปสิบเหลี่ยมด้านเท่าที่บรรจุอยู่ภายในวงกลม จะพบว่าอัตราส่วนระหว่างรัศมีวงกลม ( r ) ต่อความยาวด้านของรูปสิบเหลี่ยม ( s ) จะมีค่าเท่ากับ phi

สัดส่วนเทพประทาน (The Divine Proportion)

Phi กับ หลายสิ่งหลายอย่างรอบๆตัว
Phi กับ ดีเอ็นเอ


    สัดส่วนต่างๆของดีเอ็นเอ (DNA) มีความเกี่ยวข้องกับ phi เป็นอย่างมาก ยกตัวอย่าง เช่น อัตราส่วนระหว่างความยาวของ major groove ต่อ minor groove ของดีเอ็นเอก็มีค่าเท่ากับ phi หรืออัตราส่วนต่างๆของภาคตัดขวางของดีเอ็นเอก็ล้วนแล้วแต่มีความเกี่ยวข้องกับ phi ทั้งสิ้น








ภาคตัดขวาง (cross section) ของดีเอ็นเอที่สร้างขึ้นด้วยเทคนิคแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์

 

ภาคตัดขวางของดีเอ็นเอ ซึ่งแสดงวงรอบที่เกิดจากการหมุนเกลียวของดีเอ็นเอครบหนึ่งรอบ ซึ่งประกอบไปด้วยนิวคลีโอไทด์จำนวน 10 คู่ โดยที่นิวคลีโอไทด์แต่ละคู่จะทำมุมต่อกัน 36 องศา ซึ่งเป็นลักษณะเดียวกับที่พบในรูปสิบเหลี่ยมทองคำ (golden decagon) ที่เกิดจากรูปห้าเหลี่ยมทองคำหรือเพนตากอนสองรูปซ้อนทับกันอยู่ โดยหมุนรูปหนึ่งไป 36 องศา โดยที่อะตอมต่างๆที่พบในดีเอ็นเอถูกแสดงด้วยสีที่แตกต่างกันโดยที่ คาร์บอน = สีส้ม, ออกซิเจน = สีฟ้า, ไนโตรเจน = สีแดง, ไฮโดรเจน = สีขาว และฟอสฟอรัส = สีม่วง)

(ภาพประกอบจาก http://ec.europa.eu/research/rtdinfo/special_ms/03/article_2311_en.html</a>))


DNA is the molecular basis of heredity. In this model cross-section, the various atoms are represented by different colours: carbon in orange, oxygen in blue, nitrogen in red,hydrogen in white, and phosphorous in violet. On the right, view of the horizontal axis of the helix. © INSERM/J.L.Martin/J.C.LambryB-DNA major and minor grooves in phi proportion


ความยาวของ ดีเอ็นเอ เท่ากับ 34 นาโนเมตร เกิดจากการรวม major groove ที่มีความยาว 21 นาโนเมตร เข้ากับ minor groove ที่มีความยาว 13 นาโนเมตร เข้าด้วยกัน (13 + 21 = 34) ท่านผู้ท่านรู้สึกคุ้นๆเลขเหล่านี้บ้างไหมครับ ใช่แล้วครับมันก็คือ เลขฟีโบนักชี นั่นเอง!

สัดส่วนต่างๆของดีเอ็นเอ มีความเกี่ยวข้องกับ Phi เป็นอย่างมาก ยกตัวอย่างเช่น

ความยาวของ major groove (21 นาโนเมตร) ต่อความยาวของ minor groove (13 นาโนเมตร) จะมีค่าเท่ากับ 1.615…ซึ่งใกล้เคียงกับ Phi

(รูปประกอบจาก http://milan.milanovic.org/math/english/body/pages/12.dna-b.html)



     นอกจากนี้ยังมีการค้นพบว่าโมเลกุลบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน (Buckminsterfullerene) หรือ บัคกี้บอล ก็มีความเกี่ยวข้องกับ Phi และเพนตากอนเป็นอย่างมาก ทั้งนี้เนื่องจาก บัคกี้บอล มีโครงสร้างโมเลกุล ประกอบด้วยคาร์บอน 60 อะตอม (C60) เชื่อมต่อกันเป็นรูปทรงกลม คล้ายกับลูกฟุตบอล ซึ่งเป็นรูปทรงแบบไอโคซาฮีดรอน บัคกี้บอล มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางโมเลกุล ประมาณ 1 นาโนเมตร ประกอบด้วย วงหกเหลี่ยมของคาร์บอน (hexagons) จำนวน 20 วง และวงห้าเหลี่ยม (pentagons) จำนวน 12 วง โดยที่บัคกี้บอล ถือว่าเป็นโมเลกุลสารอินทรีย์ ที่มีรูปทรงสมมาตรที่สุด เท่าที่มนุษย์เคยค้นพบจนถึงปัจจุบัน
 

    นอกจากนี้ยังมีการค้นพบว่าโมเลกุลบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน (Buckminsterfullerene) หรือบัคกี้บอล (Bucky ball) ก็มีความเกี่ยวข้องกับ phi และเพนตากอนเป็นอย่างมาก ทั้งนี้เนื่องจากบัคกี้บอลมีโครงสร้างโมเลกุลประกอบด้วยคาร์บอน 60 อะตอม (C60) เชื่อมต่อกันเป็นรูปทรงกลมคล้ายกับลูกฟุตบอลซึ่งเป็นรูปทรงแบบไอโคซาฮีดรอน (icosahedron) บัคกี้บอลมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางโมเลกุลประมาณ 1 นาโนเมตร ประกอบด้วยวงหกเหลี่ยมของคาร์บอน (hexagons) จำนวน 20 วง และวงห้าเหลี่ยม (pentagons) จำนวน 12 วง โดยที่บัคกี้บอลถือว่าเป็นโมเลกุลสารอินทรีย์ที่มีรูปทรงสมมาตรที่สุดเท่าที่มนุษย์เคยค้นพบจนถึงปัจจุบัน เพราะว่าโมเลกุลบัคกี้บอลมีแกนสมมาตรมากถึง 120 แกนทำให้สามารถรองรับและถ่ายเทแรงกระทำซึ่งกันและกันได้เป็นอย่างดีทำให้ไม่ต้องมีโมเลกุลหรือโครงสร้างอื่นใดมารองรับภายใน ซึ่งโครงสร้างดังกล่าวสามารถนำไปเป็นแบบสำหรับการสร้างอาคารรูปทรงโดมขนาดใหญ่ที่ไม่จำเป็นต้องมีเสาและคานมารองรับน้ำหนักของตัวอาคารแต่อย่างใด





รูปทรงโมเลกุลบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีน



Truncated icosahedron

รูปแสดงโครงสร้างของบัคกี้บอลที่ประกอบไปด้วยเพนตากอนหรือวงห้าเหลี่ยมจำนวน 12 วง โดยที่เพนตากอนแต่ละวงจะถูกห้อมล้อมด้วยเฮกซากอนหรือวงหกเหลี่ยมจำนวน 5 วง

ท่านผู้อ่านเชื่อหรือไม่ว่า โครงสร้างของบัคกี้บอลนี้มีประวัติยาวนานนับหลายร้อยปี เพราะมีการค้นพบหลักฐานว่ารูปร่างของบัคกี้บอลถูกบันทึกไว้เป็นครั้งแรกที่ห้องสมุดแห่งวาติกัน

ซึ่งวาดขึ้นโดยนักคณิตศาสตร์และศิลปินชื่อ ปิเอโร เดลลา ฟรานเซสกา (Piero Della Francesca) ตั้งแต่ปี ค. ศ. 1480 โน่นเลยทีเดียว

บัคกี้บอลมีสมบัติเชิงฟิสิกส์และเคมีที่แปลกประหลาดหลายประการ ซึ่งสามารถนำมาประยุกต์ใช้เป็นยารักษาโรคได้หลายชนิด และใช้เป็นพาหนะนำส่งยาแบบนำวิถี (drug delivery)

นอกจากนี้ยังสามารถนำบัคกี้บอลไปใช้ประโยชน์ในด้านนาโนอิเล็กทรอนิกส์ (nanoelectronic)ได้อย่างมากมาย

อ่านเรื่อง บัคกี้บอล…ยามหัศจรรย์แห่งยุคนาโน เขียนโดย ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา

ได้ที่ http://www.vcharkarn.com/include/article/showarticle.php?Aid=276

    นอกจากนี้ จะเป็นด้วยความบังเอิญหรือไม่ก็ตาม ที่มีการพบว่าเลโอนาร์โด ดาวินชี ก็มีส่วนเกี่ยวข้องกับบัคกี้บอลด้วยเช่นเดียวกัน ! ทั้งนี้ก็เนื่องจากว่า เลโอนาร์โด เป็นผู้ที่รักในวิชาสัณฐานวิทยาเป็นอย่างมาก โดยผลงานเกี่ยวกับเรื่องนี้ที่โด่งดังที่สุดของเขา ก็คือการวาดภาพอธิบายรูปทรงแบบหลายเหลี่ยม หรือพอลิฮีดรอล (polyhedral) อันสวยงามวิจิตรดังที่ปรากฎในหนังสือ “The Divine Proportion” หรือ สัดส่วนเทพประทาน ของ ลูก้า พาซิโอลี (Luca Pacioli) นักคณิตศาสตร์ชาวอิตาเลียน  

    โดยที่รูปทรงแบบพอลิฮีดรอล โดยเฉพาะอย่างยิ่งรูปทรงแบบไอโคซาฮีดรอน (icosahedron) มีความเกี่ยวข้องกับนาโนเทคโนโลยีเป็นอย่างยิ่ง เพราะสิ่งต่างๆที่มีขนาดเล็กในระดับนาโนหลายชนิดมีรูปทรงแบบนี้ เช่น รูปทรงของผลึกขนาดนาโน รูปทรงโมเลกุลบัคกี้บอล หรือรูปทรงเปลือกหุ้มไวรัสบางชนิด เป็นต้น





ภาพวาดของ เลโอนาร์โด ดาวินชีแสดงรูปทรงแบบทรังเคทไอโคซาฮีดรอล (truncated icosahedron)

ที่ปรากฎในหนังสือ The Divine Proportion ในปี ค.ศ. 1509

หน้ากากทองคำ (Golden Mask)

ท่านผู้อ่านเคยคิดไหมว่า ใบหน้าที่หล่อหรือสวยนั้นควรมีลักษณะเป็นอย่างไร? 

   คำตอบก็คงมีหลากหลายมาก ตั้งแต่ ใบหน้าควรมีความสมมาตร ได้รูป ผิวพรรณดี ไม่มีริ้วรอย ฯลฯ แต่ สตีเฟ มาร์ควอร์ต (Stephen Marquardt) ซึ่งเป็นหมอศัลยกรรมพลาสติก กล่าวว่าใบหน้ามนุษย์ที่งดงามที่สุดต้องมีสัดส่วนของบริเวณสำคัญบนใบหน้าตรงกับ “หน้ากากทองคำ” (golden mask) โดยหน้ากากทองคำที่ว่านี้ก็เกี่ยวข้องกับ phi อีกเช่นกัน!

   ทั้งนี้ก็เพราะว่าหน้ากากทองคำถูกสร้างขึ้นมาจากรูปสิบเหลี่ยมทองคำที่มีเส้นเชื่อมโยงทุกจุดเข้าหากันนั่นเอง  




หน้ากากทองคำ ที่ใช้กำหนดรูปหน้าในอุดมคติ

    ถ้าผู้อ่านท่านใดเชื่อแนวคิดนี้และสนใจ ที่จะดัดแปลงหน้าตาตนเองให้คล้ายคลึงกับหน้ากากทองคำแล้วละก้อ เห็นทีที่จะต้องพึ่งหมอศัลยกรรมมือดี ที่รู้เรื่องหน้ากากทองคำให้ช่วยดัดแปลงหน้าตาให้ แต่ผู้เขียนคิดว่าคนเราควรพึงพอใจกับหน้าตาของเราที่ติดตัวมาตั้งแต่เกิดจะดีกว่า ยกเว้นแต่ว่าหน้าตามันแย่จริงๆ เพราะถ้าเกิดไปทำศัลยกรรมแล้ว ดีไม่ดีหน้าตาจะยิ่งแย่เข้าไปกว่าเดิม

(รายละเอียดเกี่ยวกับ หน้ากากทองคำ สามารถหาอ่านเพิ่มเติมได้จากหนังสือ หนังสือ กฎพิสดาร ปรากฏการณ์พิศวง 2 ของ ดร. บัญชา ธนบุญสมบัติ)

Cover of 'The Golden Ratio: The Story of Phi, the World's Most Astonishing Number'

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ อัตราส่วนทองคำ สามารถหาอ่านได้จากหนังสือ

The Golden Ratio: The Story of Phi, the World's Most Astonishing Number (Broadway Books)

จาก รหัสลิขิต (Cryptex) ถึง ระบบเครื่องกลไฟฟ้าขนาดนาโน (Nano-electromechanical systems; NEMS)

รหัสลิขิต (Cryptex)

ในนวนิยายเรื่อง The Da Vinci Code ได้มีเนื้อเรื่องบางส่วน ที่เกี่ยวข้องกับการเก็บรักษาข้อความลับ เอาไว้ด้วย “รหัสลิขิต” (cryptex) ซึ่งการที่จะเปิดรหัสลิขิตได้ ต้องอาศัยรหัส ที่เป็นตัวอักษรภาษาอังกฤษ 5 ตัว จากหน้าปัด 5 หน้าปัด โดยที่แต่ละหน้าปัด จะมีตัวอักษรทั้งหมดเท่ากับ 26 ตัวอักษร นั่นหมายความว่ารหัสที่เป็นไปได้ ที่สามารถใช้เปิดรหัสลิขิตนี้ได้ จะมีจำนวนทั้งหมดถึง 265 รหัส หรือเท่ากับ 11,881,376 รหัสเลยทีเดียว!



รูปแสดงลักษณะของรหัสลิขิตที่ปรากฏอยู่ในภาพยนตร์เรื่องรหัสลับระทึกโลก


     ในความเป็นจริงแล้ว ศาสตร์แห่งการเข้ารหัสสารสนเทศ (Cryptography) นั้นมีมาตั้งแต่สมัยโบราณกาล โดยการที่เรา นำสารสนเทศ มาเปลี่ยนแปลง เพื่อซ่อนความหมายที่แท้จริงของข่าวสาร เรียกว่า การเข้ารหัส (Encryption) การที่ต้องเข้ารหัส ก็เพื่อทำให้แน่ใจ ว่าคนที่เราไม่ต้องการสื่อสารด้วย จะไม่สามารถอ่านสารสนเทศอ่านข่าวสารของเราได้ ส่วนกระบวนการนำข้อความที่เข้ารหัสไว้ มาถอดรหัสให้ได้ข้อความเดิมเรียกว่า การถอดรหัส (Decryption)

    Cryptography เป็นศาสตร์ที่นำคณิตศาสตร์ มาใช้ในการถอดรหัสสารสนเทศ นอกจากนี้ Cryptography ยังช่วยให้เราสามารถส่งสาร ที่เป็นความลับผ่านเครือข่ายคอมพิวเตอร์ ที่ไม่มีความปลอดภัย เช่น อินเทอร์เน็ต ได้โดยที่ความลับไม่รั่วไหล และจะมีเพียงผู้ที่เราต้องการให้เป็นผู้รับสารเพียงคนเดียวเท่านั้น ที่สามารถอ่านข่าวสารนั้นได้

    ในขณะที่ Cryptography เป็นศาสตร์แห่งการเข้ารหัส แต่ในทางกลับกันก็มีอีกศาสตร์หนึ่งนั่นคือ Cryptanalysis ซึ่งเป็นศาสตร์แห่งการวิเคราะห์และถอดรหัส ของสารลับ ที่เกี่ยวข้องกับการหาเหตุผลเชิงวิเคราะห์ โดยใช้เครื่องมือและอุปกรณ์ทางคณิตศาสตร์ ในการหาแบบแผนต่างๆเพื่อถอดรหัสให้ได้

    ในตอนนี้ ถ้ามีใครให้ผู้เขียนสร้างรหัส ที่เป็นคำที่มีตัวอักษรภาษาอังกฤษ 5 ตัว ขึ้นมาเพียงคำเดียว ที่สามารถใช้เป็นตัวแทนของนาโนเทคโนโลยี และรวบรวมข้อมูลทางด้านนาโนเทคโนโลยี เอาไว้ได้มากที่สุดว่าควรเป็นคำใด ผู้เขียนเชื่อว่าคำๆนั้นน่าจะเป็นคำว่า

A-T-O-M-S (อะตอม)


    ทั้งนี้ก็เพราะว่าทุกสิ่งทุกอย่างล้วนแล้วแต่ประกอบขึ้นมาจากอะตอม และโลกของนาโนเทคโนโลยีก็คือโลกของการจัดการ การประกอบ และการใช้ประโยชน์จากสิ่งต่างๆที่มีความเล็กในระดับของอะตอมนั่นเอง!


    สำหรับการนำนาโนเทคโนโลยี มาประยุกต์ใช้ทางด้านรหัสวิทยา ที่น่าสนใจมากก็คือวิทยาการ “รหัสลับทางควอนตัม (quantum cryptography)”  ซึ่งอาศัยหลักการที่ว่า “ปริมาณพื้นฐานทางฟิสิกส์ สามารถตรวจวัดได้ แต่ก็จะเกิดการเปลี่ยนแปลงปริมาณ ที่ต้องการจะตรวจวัดนั้นๆ” ซึ่งเป็นการยืนยันว่า เมื่อมีการดักจับข้อมูล ก็จะทำให้ข้อมูลมีการเปลี่ยนแปลงไป เมื่อผู้รับข้อมูลได้รับข้อมูล ที่มีการเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม ก็จะทราบได้ในทันที ว่ามีการดักจับข้อมูลเกิดขึ้น

    นอกจากนี้ควอนตัมฟิสิกส์ยังมีหลักความไม่แน่นอน ของไฮเซนเบิร์ก (Heisenberg’s Uncertainty Principle) และยังมีพฤติกรรมที่สลับซับซ้อนต่างๆ อีกมากมาย ยกตัวอย่างเช่น สภาวะ“ซูเปอร์โพสิชัน” (superposition) ที่อนุภาคตัวเดียวสามารถเป็นได้ หลายสถานะในเวลาเดียวกัน เช่นอาจแทนให้เป็นข้อมูลบิต 0 เป็นบิต 1 หรือเป็นทั้งสองอย่างพร้อมกันก็ได้ ด้วยเหตุนี้เองจึงเป็นไปไม่ได้เลยที่นักดักฟัง
หรือพวกมิจฉาชีพ และบุคคลที่เราไม่ต้องการใช้รู้ข้อมูลลับทั้งหลาย จะสามารถแอบล้วงความลับจากการสื่อสารด้วยวิธีการนี้ได้

   จึงทำให้ข้อมูลที่สื่อสาร โดยการใช้วิทยาการรหัสลับทางควอนตัม มีความปลอดภัยสูงมาก จึงสามารถนำไปใช้ในการสื่อสารข้อมูล ความลับของทางราชการ ความลับทางทหาร และปลอดภัยในทางการค้าขาย แบบพานิชย์อิเล็กทรอนิกส์ (E-commerce) อย่างเช่น การชำระเงินผ่านบัตรเครดิต เป็นต้น



รูปแสดงหลักการอย่างง่ายในการใช้กุญแจควอนตัม (Quantum encryption key) ที่อาศัยพื้นฐานหลักการของคู่ที่มีการพัวกัน (Entanlged) ของทิศทางการสั่นของสนามไฟฟ้าของโฟตอนเพื่อเข้าและถอดรหัสลับด้วยคำสั่งปฏิบัติการแบบ Bitwise XOR ลงในภาพของ Venus von Willendorf

     ระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาคหรือเมมส์  (micro-electromechanical systems; MEMS) เป็นอุปกรณ์ หรือระบบที่มีขนาดเล็ก ในระดับไมโครเมตร ซึ่งประกอบด้วยระบบไฟฟ้า และระบบกลไกเชิงกล ซึ่งถูกสร้างขึ้น ด้วยเทคโนโลยีทางด้านสารกึ่งตัวนำ (semiconductor) แบบเดียวกับที่ใช้ ในการผลิตวงจรรวม หรือ ไอซี (integrated circuit; IC) แต่อุปกรณ์เมมส์ จะแตกต่าง ไปจากอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ชนิดอื่น ตรงที่เมมส์ สามารถทำหน้าที่เชิงกลได้ เช่น เซ็นเซอร์ (sensors) และ แอ็กชูเอเตอร์ (actuators) ที่มีความจำเป็น ต่อการพัฒนาอุตสาหกรรม หลากหลายประเภท เช่น เทคโนโลยีสารสนเทศ เทคโนโลยีหุ่นยนต์ เทคโนโลยียานยนต์ เทคโนโลยีชีวภาพและการแพทย์ เครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรม  และอุปกรณ์ชนิดอื่นๆ ที่จำเป็นต่ออุตสาหกรรมในอนาคต



ภาพอุปกรณ์เมมส์ (ซ้าย) และอาร์เรย์ที่เป็นกระจกขนาดจิ๋ว (ขวา)


     พัฒนาการของอุปกรณ์เมมส์ ได้เริ่มต้นขึ้นอย่างเป็นรูปธรรมเมื่อประมาณ 20 ปีที่แล้ว และได้เจริญรุดหน้าไปอย่างรวดเร็ว ในปัจจุบันนี้ อุปกรณ์เมมส์ มีขนาดเล็กมากในขณะที่มีศักยภาพสูงจนน่าทึ่ง ไม่ว่าจะกระจกขนาดจิ๋ว (micromirrors) หลายล้านตัว ที่ถูกบรรจุอยู่ในโปรเจกเตอร์ แบบดิจิตอล ไมโครเซ็นเซอร์ ตรวจจับการเคลื่อนไหว (microscale motion sensors) ที่ทำหน้าที่ปล่อยถุงลมนิรภัยในรถยนต์ อุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิก (microfluidics) ที่ทำหน้าที่เป็นห้องปฏิบัติการบนแผ่นชิพ (lab-on-a-chip) ที่สามารถใช้วิเคราะห์สารเคมี และชีวเคมีปริมาณน้อยมากๆ ได้ และในอีกไม่นานนี้ อุปกรณ์เมมส์ กำลังถูกย่อส่วนให้มีขนาดเล็กลงจนถึงระดับนาโน (ต่ำกว่า 100 นาโนเมตรลงไป) ให้ได้ ซึ่งนั่นก็คือก ารเริ่มต้นของเทคโนโลยี ระบบเครื่องกลไฟฟ้าขนาดนาโน หรือ เนมส์ (Nano-electromechanical systems; NEMS) นั่นเอง
 

เลโอนาร์โด ดา วินชี (Leonardo da Vinci) และ ประมุขแห่งเดอะไพรเออรี่ออฟไซออน (the Priory of Sion)

ประมุขแห่งเดอะไพรเออรี่ออฟไซออน (the Priory of Sion)

    เลส์ โดสซิเยส์เซอเกรส์ (Les Dossiers Secrets) ที่ได้รับการจัดหมวดหมู่ในหอสมุดแห่งชาติ ในปารีสไว้ตรงกับหมายเลข 4o lm1 249 ได้แสดงรายชื่อของเหล่าประมุข ของสมาคมลับ เดอะไพรเออรี่ออฟไซออน ซึ่งมีทั้ง เลโอนาร์โด ดาวินชี, ซานโดร บอตตีเชลลี, โรเบิร์ต บอยล์, เซอร์ไอแซก นิวตัน, วีกเตอร์ อูโก ฯลฯ





เอกสารลับ “เลส์ โดสซิเยส์เซอเกรส์” (Les Dossiers Secrets) ที่มีการอ้างถึงรายชื่อของประมุขแห่งสมาคมลับเดอะไพรเออรี่ออฟไซออน

(ข้อมูลจาก http://www.vcharkarn.com/varticle/328/เอกสารลับ%20<strong>“เลส์%20โดสซิเยส์เซอเกรส์”%20</strong>(Les%20Dossiers%20Secrets)%20ที่มีการอ้างถึงรายชื่อของประมุขแห่งสมาคมลับเดอะไพรเออรี่ออฟไซออน%20(http://www.perillos.com/pds_ds.html))


เลโอนาร์โด ดา วินชี 
    เลโอนาร์โด ดา วินชี  (Leonardo da Vinci) เป็นอัจฉริยบุคคลชาวอิตาเลียน ที่มีความสามารถหลากหลาย เป็นทั้งจิตรกร นักประดิษฐ์ นักกายวิภาค วิศวกร สถาปนิก ประติมากร นักเรขาคณิต ฯลฯ เลโอนาร์โดมีชีวิตอยู่ ในระหว่าง ค.ศ. 1452 ถึง ค.ศ. 1519 ซึ่งอยู่ในยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาการ (Renaissance) ดาวินชีได้บันทึกแนวคิด จินตนาการ ข้อสังเกตและความรู้ ทั้งหลายที่เขามี ลงในสมุดที่มีความหนากว่า 1,000 หน้า สมุดบันทึกเล่มนั้น มีภาพของอาวุธสงครามประเภทต่างๆ เรือรบ มนุษย์กบ เทคนิคการป้องกันนํ้าท่วม วิธีสร้างปืนใหญ? เครื่องจักรไอนํ้า เฮลิคอปเตอร์ เรือดำน้ำ ร่มชูชีพ รถถัง เครื่องปรับอากาศ เกียร์ ใบพัดเครื่องบิน ฯลฯ นอกจากนั้นแล้ว ดาวินชียังได้พยายาม ศึกษาธรรมชาติของแสง สรีรวิทยาของมนุษย์และสัตว์ การเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อ และคลื่นนํ้าอีกด้วย

    โดยที่ภาพวาดต่างๆเหล่านี้ ล้วนแล้วแต่เป็นเทคโนโลยี หรือสิ่งประดิษฐ์ที่ไม่มีใครรู้จักเลย ในยุคสมัย 500 ปีที่แล้ว ดังนั้นบุคคลต่างๆที่ได้ศึกษาสมุดบันทึกเล่มนี้ ต่างก็เห็นพ้่องกันว่าดาวินชี มีวิสัยทัศน์ที่ก้าวไกล เกินผู้่คนยุคนั้น เป็นเวลาหลายศตวรรษ



รูปปั้น เลโอนาร์โด ดา วินชี  (ภาพจาก http://www.voyle.net/Nano%20Research-05-100+/research-05-0178.htm)


    ดาวินชีเป็นคนที่มีความรอบรู้ในศิลปะและวิทยาการหลากหลายด้าน หรือที่เรียกว่ามีความเป็นสหวิทยาการ (interdisciplinary) สูงมาก ซึ่งลักษณะดังกล่าวนี้ เป็นสิ่งที่มีความจำเป็นอย่างยิ่ง ต่อการวิจัยและพัฒนาทางด้านนาโนเทคโนโลยี เพราะการจะสร้างหรือสังเคราะห์สิ่งใดๆ ขึ้นมาด้วยนาโนเทคโนโลยีนั้น ไม่สามารถกระทำได้จากการอาศัยความรู้ความเข้าใจ ในวิทยาการสาขาใดสาขาหนึ่ง เพียงสาขาเดียว ยกตัวอย่างเช่น การสร้างอุปกรณ์นาโน (nanodevices) ที่วิศวกรเครื่องกล มักจะบอกว่ามันมีขนาดเล็กเกินไป กว่าที่จะสร้างขึ้นมาได้ ในขณะที่นักเคม ีมักกล่าวว่ามันเป็นโมเลกุล ที่มีขนาดใหญ่เกินไป ที่จะสามารถสังเคราะห์ขึ้นมาได้

    ดังนั้นทางออกที่เป็นไปได้ คือการสร้างอุปกรณ์นาโน โดยอาศัยการลอกเลียนแบบจักรกลชีวภาพ ที่มีอยู่ในธรรมชาติ เช่น เอนไซม์ โปรตีน ดีเอ็นเอ หรือเซลล์สิ่งมีชีวิต เพื่อสร้างอุปกรณ์ขนาดนาโนชนิดต่างๆ เป็นต้น

    ในศตวรรษที่ 15 ดาวินชีได้ออกแบบอุปกรณ์หลายอย่างๆ ที่เขาได้รับแรงบันดาลใจ มาจากสิ่งต่างๆที่มีอยู่ในธรรมชาติ เช่น การออกแบบเครื่องร่อน ที่ได้รับแรงบันดาลใจ มาจากการที่เขาศึกษาเรื่องนก ซึ่งดาวินซีได้กล่าวว่า การที่จะใช้ปีกช่วยบินได้สำเร็จนั้น จำเป็นต้องทำการศึกษา ลักษณะการไหลของอากาศ ผ่านส่วนโค้งของปีกนกให้ดีเสียก่อน นอกจากนี้ดาวินชี ยังได้ออกแบบอุปกรณ์ ที่ช่วยให้มนุษย์บินเหมือนนกได้ ภาพวาดอุปกรณ์ของเขาชิ้นนี้ มีลักษณะคล้ายกับปีกค้างคาว มีโครงร่างที่ทำจากไม้ และมีผ้ายึดชิ้นส่วนย่อย แต่ละชิ้นเข้าด้วยกัน หรือการที่เขาออกแบบอุปกรณ์ ที่ช่วยให้มนุษย์สามารถว่ายน้ำได้ดีขึ้นโดยใช้อุปกรณ์ติดขาที่มีลักษณะคล้ายกับตีนกบ เป็นต้น



ภาพวาดของดาวินชีแสดงการออกแบบอุปกรณ์ช่วยบินที่มีลักษณะคล้ายกับปีกค้างคาว


       งานวิจัยสาขาหนึ่งของนาโนเทคโนโลยี ก็คือการเลียนแบบธรรมชาติ (Biomimetic) ซึ่งเป็นแนวคิดที่จะนำการปรับใช้ของจากธรรมชาติ และเลียนแบบธรรมชาติ เพื่อนำใช้ในการออกแบบและพัฒนา เป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ ยกตัวอย่างเช่น การพัฒนาชุดว่ายน้ำ ที่ใช้วัสดุเลียนแบบผิวหนังของปลาฉลาม ที่ออกแบบโดยใช้หลักการไฮโดรไดนามิก (hydrodynamic) ในการช่วยลดแรงเสียดทานของน้ำ การพัฒนาวัสด ุสำหรับการผลิตเสื้อผ้าอัจฉริยะ ที่สามารถตอบสนอง ต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของร่างกาย ซึ่งได้รับแรงบันดาลใจ จากการหดและขยายของขนลูกสน ที่เปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ การผลิตเทปตีนตุ๊กแก ที่มีเส้นใยเล็กๆเพื่อให้ยึดติดกับผนัง เลียนแบบตีนตุ๊กแก  การผลิตวัสดุนาโน เลียนแบบโครงสร้างระดับนาโน ของใบบัว เพื่อใช้ทำวัสดุที่มีคุณสมบัติ ทำความสะอาดตัวเอง และวัสดุที่สามารถกันน้ำได้ เป็นต้น

     ดาวินชีมีความสามารถทางด้านวิทยาศาสตร์หลายแขนง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความสามารถในการออกแบบประดิษฐกรรมใหม่ หลายอย่าง ผลงานทางด้านวิทยาศาสตร์ ของเขาส่วนใหญ่ มักเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่แปลกใหม่ และเป็นพื้นฐานของสิ่งประดิษฐ์ในปัจจุบันนี้ด้วย เช่น รถยนต์ที่วิ่งด้วยกลไลเชิงกล เฮลิคอปเตอร์ เรือดำน้ำ เป็นต้น โดยอุปกรณ์ และเครื่องจักรกล ที่เขาได้ออกแบบไว้ ได้กลายมาเป็นแรงบันดาลใจ ให้กับการสร้างสรรเครื่องจักรกล ประเภทต่างๆมาโดยตลอดระยะเวลา 500 ปีที่ผ่านมา จนกระทั่งทุกวันนี้เครื่องกลประสิทธิภาพสูง ประเภทต่างๆ เช่น ระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค ได้ถูกย่อส่วนลงจนมีขนาดเล็ก เท่ากับเซลล์แบคทีเรีย



ภาพวาดของดาวินชีแสดงหลักการทำงานของเครื่องกลประเภทต่างๆ

พฤกษศาสตร์ กับ เลขฟีโบนักชี
 

    ในวิชาพฤกษศาสตร์มีความเกี่ยวข้องกับลำดับเลขฟีโบนักชีและ Phi เป็นอย่างมาก ยกตัวอย่างเช่น จำนวนกลีบดอกไม้เกือบทุกชนิดจะตรงกับเลขฟีโบนักชี การแตกกิ่งก้านของพืชบางชนิดจะมีจำนวนกิ่งตรงกับเลขฟีโบนักชี การแตกใบอ่อนบริเวณปลายยอดพืชมีความสอดคล้องกับเลขฟีโบนักชีลำดับต่ำๆ หรือการเรียงใบของพืชบางชนิดมีความสอดคล้องกับเลขฟีโบนักชี เป็นต้น

    เลขฟีโบนักชี กับ จำนวนกลีบดอกไม้

   ท่านผู้อ่านเคยสังเกตไหมครับว่าดอกไม้หลายๆชนิดที่ท่านเห็นอยู่ทุกๆวันมักจะมีจำนวนกลีบดอกตรงกับตัวเลขที่พบในลำดับเลขฟีโบนักชีเสมอ

   จากการศึกษาพบว่าดอกไม้เกือบทุกชนิดจะมีจำนวนกลีบดอกเท่ากับลำดับเลขฟีโบนักชี ซึ่งก็คือ 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34,.. กลีบ หรือไม่ก็มีจำนวนกลีบดอกตรงกับจำนวนเท่าของเลขฟีโบนักชี โดยมีดอกไม้จำนวนเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่มีจำนวนกลีบดอกไม่ตรงกับเลขฟีโบนักชี

951

Phi กับ โครงสร้างโมเลกุลบัคกี้บอล

    ภาพรายเส้นแสดงลักษณะรูปร่างแบบทรังเคทเต็ด ไอโคซาฮีดรอน ซึ่งเป็นโครงสร้างโมเลกุลของบัคกี้บอลที่เก่าแก่ที่สุดในโลก ซึ่งจิตรกรชาวอิตาเลียนชื่อ ปิเอโร เดลลา ฟรานเซสกา วาดไว้ในหนังสือ “Libellus de Quinque Corpibus Regularibus” ซึ่งตีพิมพ์ในปี ค. ศ. 1480 ปัจจุบันหนังสือเล่มนี้ถูกเก็บรักษาไว้ที่หอสมุดแห่งวาติกัน

952


     ภาพเหมือนของลูก้า พาซิโอลี นักคณิตศาสตร์ชาวอิตาเลียนผู้ซึ่งทุ่มเทชีวิตให้กับการศึกษาเกี่ยวกับรูปทรงแบบหลายเหลี่ยมหรือพอลิฮีดรอลแบบต่างๆ ภาพนี้วาดขึ้นโดยจิตรกรชาวอิตาเลียนชื่อ จาคอโป เดอ บาร์บารี (Jacopo de Barbari) ในปี ค.ศ. 1495 (ภาพจาก http://www.col-camus-soufflenheim.ac-strasbourg.fr/Page.php?IDP=640&IDD=0)

953


     ภาพเหมือนของโยฮันเนส นิวดอร์เฟอร์ (Johannes Neudorfer) ในขณะที่เขากำลังสอนลูกชายของเขาเกี่ยวกับรูปทรงเรขาคณิตแบบทรงเหลี่ยมสิบสองหน้า (dodecahedron) ภาพนี้วาดโดยจิตรกรในยุคเรอเนซองส์ชื่อ นิโคเลาส์ เนิฟชาเตล (Nicolaus Neufchatel) ในปี ค.ศ. 1561 (ภาพจาก http://www.col-camus-soufflenheim.ac-strasbourg.fr/Page.php?IDP=640&IDD=0)
 

954


     ภาพ “สัตยาธิษฐานแห่งพระกระยาหารค่ำมื้อสุดท้าย” หรือ “Sacrament of the Last Supper” หรือ “La cène” (ค.ศ. 1955) ของซาลวาดอร์ ดาลี (Salvador Dali) ใช้หลักการของฟี (Phi) ในการทำให้ภาพทั้งสองข้างมีความสมดุลกัน โดยพระเยซูประทับอยู่บริเวณกึ่งกลางของภาพโดยมีเหล่าอัครสาวกนั่งอยู่ทางซ้ายมือและขวามือฝั่งละ 6 คน การนำ Phi มาใช้ในการกำหนดสัดส่วนของภาพ ทำให้ภาพนี้มีความสมดุลเป็นอย่างยิ่ง และถ้าสังเกตภาพนี้ให้ดีจะพบว่ามีโครงสร้างของรูปทรงแบบทรังเคเต็ดไอโคซาฮีดรอน (truncated icosahedron) ซึ่งเป็นรูปทรงโครงสร้างโมเลกุลของบัคกี้บอลที่มีความเกี่ยวข้องกับค่า Phi ปรากฏอยู่ด้านบนของภาพนี้ด้วย

The Last Supper (พระกระยาหารค่ำมื้อสุดท้าย)

955


     “The Last Supper” หรือ “พระกระยาหารค่ำมื้อสุดท้าย” เป็นภาพที่แสดงถึงเหตุการณ์ในชั่วขณะที่พระเยซูได้ตรัสขึ้นว่า “จะมีคนหนึ่งในพวกท่านทรยศต่อเรา” ซึ่งทำให้เหล่าสาวกต่างพากันตระหนกตกใจโดยแต่ละคนมีสีหน้าท่าทางและปฏิกิริยาแตกต่างกันไป ยูดาห์ อิสคาริโอท (Judah Iscariot) ผู้ทรยศลุกขึ้นมาจูบพระเยซูเป็นอาณัติสัญญาณให้ทหารโรมันรู้ว่าคนไหนคือพระเยซู ในภาพนี้พระเยซูถูกห้อมล้อมด้วยอัครสาวกทั้ง 12 คน เรียงรายซ้ายขวาข้างละ 6 คน ซึ่งจับกลุ่มเป็นหมู่ย่อยกลุ่มละ 3 คน โดยความสำคัญของภาพนี้อยู่ที่การแสดงอารมณ์ออกมาได้เป็นเลิศ ให้แสงและเงาเหมือนจริง แสงสว่างภายนอกหน้าต่างตรงพระเศียรทำให้พระเยซูดูมีรัศมีตามธรรมชาติ โดยไม่ต้องวาดเป็นสัญลักษณ์เหมือนในสมัยกลาง นอกจากนี้ยังช่วยดึงดูดสายตาให้สนใจพระเยซูเป็นสำคัญ ในปัจจุบัน ภาพนี้ประดับอยู่บนฝนังของวิหารซานตามาเรียเดลเลกราซี (Santa Maria delle Grazie) ในเมืองมิลาน ประเทศอิตาลี
 

     ภาพ The Last Supper บนผนังของวิหารซานตามาเรียฯ ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของนวนิยายรหัสลับดาวินชี จริงหรือไม่ที่ว่าภาพนี้มีสัญลักษณ์หรือรหัสลับที่เลโอนาร์โด ดาวินชี ได้แอบซ่อนเอาไว้เพื่อที่จะบอกเป็นนัยว่าที่แท้จริงแล้ว “จอกศักดิ์สิทธิ์” หรือโฮลีเกรล (Holy Grail) ที่ผู้คนจำนวนมากต่างพากันเสาะแสวงหามาทุกยุคทุกสมัยนั้นคืออะไรกันแน่ ระหว่างถ้วยไวน์ที่พระเยซูทรงใช้ดื่มในพระกระยาหารค่ำมื้อสุดท้าย หรือว่าเป็นจอกที่ใช้รองรับพระโลหิตของพระเยซูในระหว่างที่ถูกตรึงกางเขน หรือว่าจะเป็นสายโลหิตอันศักดิ์สิทธิ์ที่สืบทอดกันมานานสองพันปี

      ตามเนื้อเรื่องในนวนิยายรหัสลับดาวินชี เลโอนาร์โด ดาวินชี ผู้เป็นประมุขของสมาคมลับเดอะไพรเออรี่ออฟไซออนได้แฝงรหัสลับที่ใช้บอกเล่าประวัติที่แท้จริงของพระเยซูเอาไว้ในภาพพระกระยาหารค่ำมื้อสุดท้าย โดยเลโอนาร์โดตั้งใจจัดองค์ประกอบของภาพให้เป็นรหัสลับในตัวเอง โดยให้พระเยซูกางมือออกเป็นขาข้างหนึ่งของตัวอักษร “M” และให้กลุ่มอัครสาวกที่นั่งอยู่ซีกขวาอีก 3 คน ได้แก่ แมรี่ แม็กดาลีน (ซึ่งความจริงน่าจะเป็น เซนต์จอห์น มากกว่า) ยูดาห์ และปีเตอร์ จับกลุ่มกันเป็นขาอีกข้างหนึ่งของตัวอักษร “M” ทำให้เมื่อมองดูบริเวณว่างที่อยู่ระหว่างพระเยซูกับอัครสาวกทั้งสามจะเห็นเป็นตัวอักษร “M” อยู่บริเวณกลางภาพพอดี ซึ่งเหมือนกับว่าเลโอนาร์โดจงใจที่จะสื่อถึงตัวอักษร “M” ในชื่อของแมรี่ ชาวมักดาลา หรือ แมรี่ แม็กดาเลน (Mary Magdalene) เอาไว้ในภาพนี้นั่นเอง นอกจากนี้บริเวณช่องว่างดังกล่าวยังสามารถมองเป็นตัวอักษร “V” ที่ลอยอยู่เหนือตัวอักษร “M” ได้อีกด้วย โดยตัวอักษร “V” มีลักษณะคล้ายกับรูปสามเหลี่ยมหน้าจั่วที่มีฐานอยู่ด้านบน ซึ่งก็คล้ายกับสัญลักษณ์ของ “จอก” ซึ่งเป็นสัญลักษณ์แสดงความเป็นเพศหญิง อย่างไรก็ตามในภาพนี้ไม่มีภาชนะใดๆ เลยที่มีลักษณะคล้ายกับจอกหรือถ้วยมีขาที่ใช้ในการดื่มไวน์ปรากฏอยู่เลย ดังนั้นจึงน่าจะสรุปได้ว่า เลโอนาร์โด ดาวินชี วาดภาพนี้ขึ้นมาเพื่อจะบอกใบ้ให้ทราบว่าจอกศักดิ์สิทธิ์ที่แท้จริงนั้นไม่ใช่ถ้วยไวน์ที่พระเยซูใช้ดื่มกับอัครสาวกในพระกระยาหารค่ำมื้อสุดท้ายก่อนที่จะถูกทหารโรมันจับไปประหารชีวิต แต่เป็นหญิงสาวที่ชื่อ แมรี่ แม็กดาลีน ซึ่งเป็นเจ้าของรหัสลับตัวอักษร “M” และ “V” ที่ซ่อนอยู่ในภาพนี้นั่นเอง

     แต่ในมุมมองของผู้เขียนที่มีต่อภาพ The Last Supper นั้นกลับคิดว่าประเด็นสำคัญของภาพนี้ไม่ได้อยู่ที่รหัสลับที่เลโอนาร์โดแอบซ่อนเอาไว้ แต่กลับอยู่ที่ว่าภาพนี้เป็นหลักฐานที่แสดงถึงอัจฉริยภาพทางด้านจิตรกรรมของเลโอนาร์โด ดาวินชี ที่สามารถกำหนดสัดส่วนขององค์ประกอบต่างๆที่ปรากฏอยู่ในภาพนี้ได้อย่างดีเยี่ยม และทัศนียภาพของภาพนี้ก็มีความสมบูรณ์มากจนราวกับว่าเลโอนาร์โด ดาวินชีได้นำคอมพิวเตอร์กราฟฟิกมาใช้ในการออกแบบทัศนียภาพของภาพนี้เลยทีเดียว ถ้าจะลองวิเคราะห์ว่าเลโอนาร์โดใช้วิธีการใดในการกำหนดสัดส่วนขององค์ประกอบต่างๆในภาพได้อย่างเป็นอย่างดีนั้น ผู้เขียนคิดว่าน่าจะเกิดจากการที่เลโอนาร์โดได้นำเอา Phi และลำดับเลขฟีโบนักชี มาใช้ในการออกแบบภาพนี้ โดยท่านผู้อ่านสามารถสังเกตได้จากภาพข้างล่างนี้

956


สี่เหลี่ยมผืนผ้าทองคำที่ปรากฏอยู่ในภาพ The Last Supper ของเลโอนาร์โด ดาวินชี (ภาพจาก http://www.phimatrix.com/images/s-lastsupper.jpg)

    ส่วนลำดับเลขฟีโบนักชีนั้น ท่านผู้อ่านอาจจะลองสังเกตจำนวนของสิ่งต่างๆที่ปรากฏอยู่ในภาพนี้ อาทิเช่น พระเยซูมี 1 คน ในห้องนี้มีโต๊ะยาว 1 ตัว อัครสาวกนั่งแยกกันเป็น 2 ฝั่ง หน้าต่างมี 3 บาน อัครสาวกนั่งจับกลุ่มกันเป็นกลุ่มเล็กๆกลุ่มละ 3 คน เมื่อรวมจำนวนกลุ่มย่อยของอัครสาวกเข้ากับพระเยซู (4+1) จะได้เท่ากับ 5 รูปติดฝาฝนังทั้งสองฝั่งรวมกันมีทั้งหมด 8 รูป และจำนวนบุคคลทั้งหมดในภาพมีจำนวนทั้งสิ้น 13 คน เป็นต้น ตัวเลขฟีโบนักชีพวกนี้ผู้เขียนลองนึกขึ้นมาเอง ท่านผู้อ่านท่านใดที่สนใจอาจจะลองนับดูเล่นๆก็ได้ เพราะบางทีท่านอาจจะเจอรหัสลับอะไรเพิ่มเติมขึ้นมาอีกก็ได้

    ภาพลายเส้นที่เลโอนาร์โอ ดาวินชี เขียนขึ้นมาในปี ค.ศ. 1495 เพื่อใช้ในการศึกษาเกี่ยวกับการกำหนดสัดส่วนขององค์ประกอบต่างๆที่อยู่ในภาพ The Last Supper ซึ่งเพื่อพิจารณาจากรูปสามเหลี่ยมที่อยู่ภายในวงกลมน่าจะพอบอกเราได้ว่าเลโอนาร์โดได้นำเอาค่า Phi มาใช้ในการกำหนดสัดส่วนต่างๆของภาพนี้อย่างแน่นอน (ภาพจาก http://www.universalleonardo.org/work.php?id=455)

957


แผ่นแห่งพิพิธภัณฑ์ลูฟร์

พิพิธภัณฑ์ลูฟร์ , Pyramide,

The Shimizu TRY 2004 Mega-City Pyramid,666

พีระมิดแก้วแห่งพิพิธภัณฑ์ลูฟร์


   ลาปีรามีด (La Pyramide) หรือพีระมิดแก้วที่เป็นทางเข้าใหม่ของพิพิธภัณฑ์ลูฟร์ ถูกสร้างขึ้นในปี ค.ศ. 1989 โดยการออกแบบของ ไอ เอ็ม เป่ย (Ieoh Mong Pei) สถาปนิกชาวอเมริกันเชื้อสายจีน โดยการใช้กระจกทั้งหมดจำนวนทั้งสิ้น 698 แผ่น ประกอบกันมาเป็นพีระมิดแก้ว โดยมีน้ำหนักรวมกันถึง 180 ตัน และใช้เวลาในการก่อสร้างนาน 3 ปี

     ส่วนสาเหตุที่ใช้พีระมิดแก้วเป็นทางเข้าของพิพิธภัณฑ์ลูฟร์ก็เพราะต้องการที่จะสื่อถึงความทันสมัยและความเก่าแก่อยู่รวมกันในพิพิธภัณฑ์แห่งนี้ นอกจากนี้ในพิพิธภัณฑ์ลูฟร์ยังมีโบราณวัตถุของอียิปต์โบราณอยู่เป็นจำนวนมาก ทำให้การใช้พีระมิดแก้วเป็นทางเข้าใหม่จึงมีความเหมาะสมที่สุด อย่างไรก็ตาม ในนวนิยายเรื่อง รหัสลับดาวินชี นั้น แดน บราวน์ได้อ้างว่าพีระมิดแก้วของพิพิธภัณฑ์ลูฟร์ถูกสร้างขึ้นจากแผ่นกระจกจำนวน 666 แผ่น ซึ่งเป็นตัวเลขที่ชาวตะวันตกถือว่าเป็นเลขของซาตาน หรือปฏิปักษ์ของพระคริสต์ (Anti Christ) ทั้งนี้ก็คงเป็นเพราะแดน บราวน์ อยากให้เนื้อเรื่องนวนิยายของเขามีมนตร์ขลัง น่าเชื่อถือ และเต็มไปด้วยเงื่อนปมลึกลับมากมายที่สอดประสานกันเป็นอย่างดี และเขาก็ทำได้ดีซะด้วย!! เพราะว่าในปี ค.ศ. 1989 ซึ่งเป็นช่วงที่กำลังก่อสร้างพีระมิดแก้วนั้นมีหนังสือพิมพ์ของฝรั่งเศสหลายฉบับรายงานว่าพีระมิดแก้วของพิพิธภัณฑ์ลูฟร์สร้างขึ้นจากกระจกจำนวนทั้งสิ้น 666 แผ่น จึงทำให้เกิดกระแสข่าวลือขึ้นมาในช่วงเวลานั้น ดังนั้นเมื่อนวนิยายเรื่องรหัสลับดาวินชีได้เริ่มวางจำหน่ายและมีชื่อเสียงโด่งดังมากก็ทำให้กระแสข่าวลือเรื่องกระจก 666 แผ่นกลับมาอยู่ในความสนใจของคนส่วนใหญ่อีกครั้งหนึ่ง

970


971

    พีระมิดแก้วแห่งพิพิธภัณฑ์ลูฟร์ในกรุงปารีส ประเทศฝรั่งเศส และมหาพีระมิดแห่งเคออปส์ (Pyramid of Cheops) ที่สร้างขึ้นเมื่อประมาณ 3,000 ปีก่อนคริสตศักราช บริเวณที่ราบสูงกีเซ่ห์ (Gizdh) หรือ กีซ่า (Giza) ในประเทศอียิปต์ ล้วนแล้วแต่มีความเกี่ยวข้องกับ Phi เป็นอย่างมาก


972

    เมื่อกล่าวถึงเรื่องพีระมิดแล้ว ก็ขอนำเสนอเรื่องราวเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยีกับรูปทรงพีระมิดไว้ในบทความนี้ด้วย ทั้งนี้เนื่องจากว่ารูปทรงพีระมิดมีความเกี่ยวข้องกับนาโนเทคโนโลยีเป็นอย่างมาก ไม่ว่าจะเป็นพีระมิดที่มีขนาดเล็กเพียงไม่กี่นาโนเมตรที่เกิดขึ้นจากการจัดเรียงตัวของอะตอม ไปจนถึงพีระมิดขนาดยักษ์ที่มีขนาดใหญ่กว่ามหาปิระมิดกิเซ ที่ประเทศอียิปต์หลายเท่าตัว

     อภิมหาโครงการหรือ “เมกาโปรเจ็กต์” ของญี่ปุ่นที่มีชื่อว่า “The Shimizu TRY 2004 Mega-City Pyramid” เป็นโครงการก่อสร้างพีระมิดแก้วขนาดยักษ์ที่บรรจุเมืองขนาดใหญ่ทั้งเมืองเอาไว้ภายใน ณ บริเวณอ่าวโตเกียว โดยพีระมิดแก้วที่ว่านี้มีความสูงถึง 2 กิโลเมตร หรือสูงกว่ามหาพีระมิดที่กิเซ ประเทศอียิปต์ถึง 12 เท่า สามารถรองรับประชากรได้เกือบ 8 แสนคน โดยถ้าโครงการนี้เกิดขึ้นจริงก็จะทำให้พีระมิดแก้วนี้กลายเป็นสิ่งก่อสร้างที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมาในโลก! แต่ประเด็นที่น่าสนใจอยู่การเลือกใช้วัสดุที่นำมาใช้ในการก่อสร้าง เช่น ฐานรับน้ำหนักปิระมิดและโครงสร้างหลัก เช่น เสาและคานต่างๆจะผลิตขึ้นโดยใช้วัสดุแบบใหม่ที่มีการผสมท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotubes) เข้าไปเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและถูกออกแบบมาเป็นพิเศษให้สามารถทนทานต่อแผ่นดินไหว แรงลมจากมหาสมุทร และคลื่นสึนามิ นอกจากนี้กระจกและส่วนนอกของพีระมิดจะถูกเคลือบด้วยฟิล์มที่มีความบางในระดับนาโนเมตรซึ่งบรรจุเซลล์โฟโต้โวลตาอิก (photovoltaic cells) เอาไว้เพื่อทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานแสงแดดไปเป็นไฟฟ้าเพื่อใช้เป็นแหล่งพลังงานหลักของพีระมิดยักษ์แห่งนี้

973


แบบจำลองโครงสร้างของพีระมิดแก้ว ณ บริเวณชายฝั่งของอ่าวโตเกียวที่บรรจุเมืองขนาดใหญ่เอาไว้ทั้งเมือง
(ภาพประกอบจาก http://dsc.discovery.com/convergence/engineering/pyramidcity/interactive/interactive.html)


974


ภาพวาดของพีระมิดแก้วขนาดยักษ์ที่มีเมืองขนาดใหญ่อยู่ภายในเมื่อสร้างเสร็จสมบูรณ์แล้ว

975


พีระมิดนาโน โดยปรากฏการณ์ทางควอนตัม

    พีระมิดนาโน (nano-pyramid) ที่มีขนาด 10 x 10 นาโนเมตร ที่เกิดขึ้นจากการประกอบตัวเอง (self-assembled) ของอะตอมเจอร์มาเนียม (สีชมพูและมีน้ำเงิน) บนชั้นฐานที่เป็นอะตอมซิลิกอน (สีเขียว) โดยที่นักวิจัยจะนำโครงสร้างดังกล่าวนี้ไปใช้ประโยชน์ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์รุ่นใหม่ที่มีขนาดเล็กลงซึ่งทำงานโดยอาศัยปรากฏการณ์ทางควอนตัม (ภาพประกอบจาก http://www.wellcome.ac.uk/doc_WTD015829.html)

976


ภาพคอมพิวเตอร์กราฟิกแสดงลักษณะการจัดเรียงตัวของอะตอมเป็นรูปทรงพีระมิดที่มีขนาดในระดับนาโนเมตร(ภาพประกอบจาก http://math.nist.gov/mcsd/savg/vis/nano/pyramide.rot.gif)

977


    พีระมิดขนาดนาโนของ Cu2O ที่มีลักษณะคล้ายกับพีระมิดของชนเผ่ามายา โครงสร้างดังกล่าวสังเคราะห์ขึ้นจากการออกซิเดชันฟิล์มบางของทองแดงที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 องศาเซลเซียส (ผลงานของ Liang Wang และ Guangwen Zhou จาก University of Pittsburgh)

978


  พีระมิด อัล คาสติลโล (El Castillo) แห่งชิเชนอิตซา (Chichen Itza) ที่ชาวเผ่ามายาสร้างขึ้นในช่วงประมาณคริสต์ศตวรรษที่ 9 ณ บริเวณคาบสมุทรยูคาตัง (Yucatan) ประเทศเม็กซิโก พีระมิดดังกล่าวมีลักษณะเป็นรูปสี่เหลี่ยมลดขั้นเป็นชั้นๆ มีบันไดกลางรอบด้าน ตรงกลางสร้างเป็นปราสาทสี่เหลี่ยมทึบสูงขึ้นไปเพื่อใช้ทำพิธีสังเวยเทพเจ้า

เกร็ดความรู้เกี่ยวกับ “เลขอาถรรพณ์ 666”

    ในคัมภีร์ไบเบิลภาคพันธะสัญญาใหม่ (New Testament) เล่มที่ 27 ซึ่งเป็นเล่มสุดท้าย “วิวรณ์ (Revelation)” ในบทที่ 13 ได้มีการกล่าวถึงสัตว์ร้าย (beast) ซึ่งน่าจะหมายถึงซาตานที่เป็นปฏิปักษ์ของพระคริสต์ โดยสัตว์ร้ายที่ว่านี้มีชื่อที่ตรงกับตัวเลขที่มนุษย์ใช้กันอยู่คือ 666 นั่นเอง โดยปรากฏข้อความว่า
“ถ้าผู้ใดมีความเข้าใจก็ให้ตรึกตรองเลขของสัตว์ร้ายนั้น เพราะเป็นเลขของบุคคลผู้หนึ่ง เลขของมันคือ หกร้อยหกสิบหก”

    ความเชื่อเกี่ยวกับเลข 666 มีมานานหลายยุคหลายสมัยและกระจายเข้าไปในหลายแหล่งอารยธรรมของโลก ไม่ว่าจะเป็นโรมัน ฮีบรู และอารยธรรมตะวันตกเกือบทั้งสิ้น เหรียญทองคำโบราณที่ทำขึ้นในยุคบาบีโลนซึ่งถูกเก็บไว้ที่พิพิธภัณฑ์ในกรุงเบอร์ลิน เป็นเหรียญสองด้านที่มีด้านหนึ่งเป็นการแสดงว่าพวกเขาบูชาพระอาทิตย์ แต่เหรียญอีกด้านหนึ่งมีลักษณะเป็นตารางสี่เหลี่ยมจตุรัสที่มีแบ่งออกเป็นช่องจำนวนทั้งหมด 36 ช่อง (6x6) โดยที่แต่ละช่องจะมีการเติมตัวเลขลงไปตั้งแต่ 1 ถึง 36 โดยไม่ซ้ำกัน แต่ที่น่าแปลกคือผลรวมของตัวเลขในแต่ละแถวจะมีค่าเท่ากับ 111 ในทุกกรณีไม่ว่าจะเป็นแนวตั้ง แนวนอน และแนวทแยง ซึ่งถ้าเอาคูณด้วยเลข 6 เข้าไปจะพบว่าผลลัพธ์ที่ได้ก็คือเลข 666 นั่นเอง

    รายละเอียดด้านหน้าและหลังของเหรียญตราแห่งดวงอาทิตย์ “Sigilla Solis” หรือ sun seal ของชาวบาบีโลเนียน (ภาพจาก http://www.aloha.net/~mikesch/666.htm)
 

979


   ตัวเลขในแต่ละช่องของตารางที่ปรากฏอยู่บริเวณด้านหลังของเหรียญตราแห่งดวงอาทิตย์ โดยที่ผลรวมของตัวเลขในแต่ละแถวไม่ว่าจะเป็นแนวตั้ง แนวนอน หรือทแยงมุม จะมีค่าเท่ากับ 111 เสมอ ซึ่งเมื่อคูณด้วยจำนวน 6 แถวในแนวแกนตั้งและแนวแกนนอนจะได้ผลรวมเท่ากับ 666

   ในวิชาเคมีก็มีสารเคมีชนิดหนึ่งคือ เฮกซะคลอโรไซโคลเฮกเซน (1,2,3,4,5,6 - hexachloro-cyclohexane, C6H6Cl6) หรือเบนซีนเฮกซะคลอไรด์ (benzene hexachloride) ซึ่งเป็นสารสำคัญของยาฆ่าแมลงที่มีฤทธิ์รุนแรงมาก ส่วนมากถูกนำไปใช้ประโยชน์ในการเก็บรักษาเมล็ดพันธุ์ทางเกษตรกรรมเพื่อป้องกันและกำจัดแมลงและสัตว์อื่นๆ ซึ่งนักเคมีมักจะตั้งชื่อเล่นให้สารชนิดนี้ว่า 666

กาลิเลโอ ปรมาจารย์ผู้ยิ่งใหญ่แห่งยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาการ

      ท่านผู้อ่านหลายท่านคงสงสัยว่าทำไมผู้เขียนถึงได้นำเอาเรื่องราวของกาลิเลโอมาแทรกไว้ในบทความนี้ด้วย เพราะในนวนิยายเรื่องรหัสลับดาวินชีไม่ได้มีการกล่าวถึงกาลิเลโอเอาไว้ตรงส่วนไหนเลย และชื่อของกาลิเลโอก็ไม่ได้ปรากฏอยู่ในบัญชีรายชื่อของประมุขแห่งเดอะไพรเออรี่ออฟไซออนแต่ประการใด แต่เหตุผลที่ผู้เขียนอยากนำเรื่องราวของกาลิเลโอมานำเสนอไว้ในบทความนี้ด้วยก็เพราะว่า กาลิเลโอ เป็นนักวิทยาศาสตร์และนักดาราศาสตร์ที่มีบทบาทสำคัญเป็นอย่างมากในยุคเรอเนซองส์หรือยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาการ แนวคิดและความยึดมั่นในกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ของเขาได้มีอิทธิพลเป็นอย่างยิ่งต่อแนวคิดของนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากในยุคนั้น ซึ่งรวมไปถึงโรเบิร์ต บอยล์ และเซอร์ ไอแซก นิวตัน ซึ่งทั้งสองถูกระบุชื่อไว้ในนวนิยายรหัสลับดาวินชีว่าเป็นประมุขของสมาคมเดอะไพรเออรี่ออฟไซออนด้วย นอกจากนี้แนวคิดเกี่ยวกับจักรวาลวิทยาที่กาลิเลโอยึดมั่นมาตลอดชีวิตของเขาได้ขัดแย้งกับหลักคำสอนของคริสต์ศาสนาอย่างรุนแรง จนทำให้เขาถูกตุลาการศาสนาพิพากษาลงโทษให้สูญเสียอิสรภาพในช่วงบั้นปลายของชีวิต

958

กาลิเลอิ กาลิเลโอ (Galilei Galileo) นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ ผู้ยึดมั่นในความจริงที่ตนเองค้นพบอย่างถึงที่สุด
 

     แดน บราวน์ได้อ้างถึงกาลิเลโอไว้ในนวนิยายชื่อดังอีกเรื่องหนึ่งของเขา นั่นคือ “เทวา กับ ซาตาน (Angels & Demons)” โดยในเนื้อเรื่องของนวนิยายเรื่องนี้ แดน บราวน์ได้อ้างว่า กาลิเลโอ เป็นสมาชิกระดับสูงของสมาคมลึกลับอันทรงพลัง “อิลลูมินาติ (Illuminati)” ซึ่งตั้งตนเป็นศัตรูกับคริสต์จักรโรมันคาทอลิกมาอย่างยาวนาน (ที่มา “เทวา กับ ซาตาน” ฉบับภาษาไทย บทที่ 9 หน้า 43)
ความเป็นมาของจักรวาลวิทยา ตั้งแต่ยุคของอริสโตเติลจนถึงเซอร์ ไอแซก นิวตัน

    อริสโตเติลเชื่อว่าโลกเป็นศูนย์กลางของเอกภพ โดยที่โลกจะหยุดนิ่งอยู่กับที่ ในขณะที่ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ ดาวเคราะห์ และดาวฤกษ์ทุกดวงต่างพากันโคจรรอบโลกเป็นวงกลม ต่อมาในคริสต์วรรษที่ 2 ปโตเลมี นักคณิตศาสตร์และนักดาราศาสตร์ชาวกรีกได้เพิ่มเติมรายละเอียดแนวคิดของอริสโตเติลให้สมบูรณ์มากขึ้นโดยการสร้างแบบจำลองจักรวาลขึ้นมา โดยกำหนดให้โลกเป็นจุดศูนย์กลางซึ่งถูกล้อมรอบด้วยทรงกลมที่ขยายใหญ่ออกเป็นชั้นๆ ซึ่งแต่ละชั้นเป็นเส้นทางโคจรของดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ และดาวเคราะห์อีกห้าดวง คือ ดาวพุธ ดาวศุกร์ ดาวอังคาร ดาวพฤหัส และดาวเสาร์ โดยที่ดาวเคราะห์เหล่านี้แต่ละดวงยังมีเคลื่อนที่ไปตามแนววงโคจรเล็กๆตามแนวของวงโคจรขนาดใหญ่ แบบจำลองจักรวาลของปโตเลมีมีวิธีการคำนวณตำแหน่งของดวงดาวบนท้องฟ้าอย่างเป็นระบบ จึงทำให้แบบจำลองจักรวาลนี้ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางซึ่งรวมไปถึงคริสต์ศาสนจักรด้วย เพราะว่าแบบจำลองดังกล่าวนี้มีความสอดคล้องกับบันทึกในพระคัมภีร์ไบเบิลเป็นอย่างมาก

959

    แบบจำลองจักรวาลของปโตเลมีที่มีโลกเป็นจุดศูนย์กลางของจักรวาล โดยมีดวงจันทร์ ดาวพุธ ดาวศุกร์ ดวงอาทิตย์ ดาวอังคาร ดาวพฤหัส และดาวเสาร์โคจรอยู่รอบนอกเป็นชั้นๆ ถัดออกไปเป็นเส้นทางโคจรของดาวประจำที่ ส่วนเขตแดนที่อยู่นอกวงโคจรชั้นนอกสุด จัดเป็นเขตแดนที่มนุษย์ไม่สามารถสัมผัสได้
 

    ความเชื่อในแนวคิดที่ว่าโลกเป็นศูนย์กลางของจักรวาลได้สืบทอดต่อมาเป็นเวลายาวนานนับสองพันปี จนกระทั่งใน ค.ศ. 1514 แบบจำลองจักรวาลของอริสโตเติล/ปโตเลมี ก็ต้องเผชิญหน้ากับการท้าทายครั้งสำคัญ เมื่อนิโคเลาส์ โคเปอร์นิคัส (Nicholaus Copernicus) นักดาราศาสตร์ชาวโปลิช ได้เสนอแนวคิดเกี่ยวกับจักรวาลขึ้นมาใหม่ซึ่งมีดวงอาทิตย์เป็นจุดศูนย์กลางจักรวาลแทนที่จะเป็นโลก และเขาได้เรียบเรียงคำอธิบายเกี่ยวกับเรื่องนี้เอาไว้ในหนังสือชื่อ Commentariolus ต่อจากนั้นโคเปอร์นิคัสก็ได้ทำการอธิบายชี้แจงรายละเอียดที่สมบูรณ์เกี่ยวกับทฤษฎีจักรวาลของเขาที่แสดงให้เห็นว่าดวงอาทิตย์หยุดนิ่งเป็นจุดศูนย์กลางของจักรวาลโดยมีดาวเคราะห์ต่างๆ รวมทั้งโลกโคจรไปรอบๆ โดยมีวงโคจรเป็นรูปวงกลม เอาไว้ในหนังสือชื่อ “ว่าด้วยวิวัฒนาการของทรงกลมแห่งสรวงสวรรค์” (De Revolutionibus Orbium Coelestium) หรือ “De Revolutionibus” ซึ่งเป็นหนังสือที่โคเปอร์นิคัสต้องใช้เวลาในการเรียบเรียงนานเกือบ 30 ปี อย่างไรก็ตาม โคเปอร์นิคัสไม่ได้ระบุชื่อของเขาลงไปในหนังสือทั้งสองเล่มนี้แต่ประการใด ทั้งนี้ก็เพราะว่าเนื้อหาในหนังสือทั้งสองเล่มขัดแย้งกับคำสอนของคริสต์ศาสนาอย่างรุนแรง และในเวลาต่อมาเมื่อหนังสือ De Revolutionibus ได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆก็ทำให้คริสต์ศาสนจักรสั่งห้ามเผยแพร่หนังสือเล่มนี้อย่างเด็ดขาด

960



    หน้าปกของหนังสือ “ว่าด้วยวิวัฒนาการของทรงกลมแห่งสรวงสวรรค์” (De Revolutionibus Orbium Coelestium) ของนิโคเลาส์ โคเปอร์นิคัส ที่ตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 1543 และแบบจำลองของสุริยจักรวาลตามแนวคิดของโคเปอร์นิคัสที่มีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางและมีดาวเคราะห์ต่างๆโคจรล้อมรอบด้วยวงโคจรรูปวงกลม
 

    หลังจากนั้น ในปี ค.ศ. 1609 กาลิเลโอ นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ชาวอิตาเลียน ซึ่งเป็นผู้หนึ่งที่สนับสนุนแนวคิดของโคเปอร์นิคัส ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ที่เขาประดิษฐ์ขึ้นมาส่องดูดาวพฤหัส และพบว่าดาวพฤหัสมีดวงจันทร์บริวารจำนวน 4 ดวงโคจรอยู่รอบๆดาวพฤหัส ซึ่งการค้นพบดังกล่าวนี้เป็นหลักฐานชิ้นสำคัญที่ช่วยยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีจักรวาลวิทยาของโคเปอร์นิคัสและแสดงให้เห็นว่าแนวคิดของอริสโตเติลและปโตเลมีที่ว่าดาวทุกดวงบนท้องฟ้าโคจรรอบโลกนั้นไม่ถูกต้องแต่อย่างใด


961

     บันทึกของกาลิเลโอในระหว่างที่เขากำลังทำการศึกษาติดตามลักษณะการเคลื่อนที่ของหมู่ดาวเมดิเซียน (Medicean stars) หรือดวงจันทร์ทั้งสี่ดวงที่โคจรรอบดาวพฤหัสในแต่ละคืน

      กาลิเลโอใช้กล้องโทรทรรศน์ที่เขาประดิษฐ์ขึ้นมาส่องดูดวงจันทร์และพบว่าดวงจันทร์มีพื้นผิวขรุขระเป็นหลุมเป็นบ่อเต็มไปหมด และไม่ได้สวยงามสมบูรณ์ตามที่ได้บันทึกไว้ในคำสอนทางศาสนาในสมัยนั้น นอกจากนี้เขายังค้นพบวงแหวนของดาวเสาร์ ค้นพบปรากฏการณ์ข้างขึ้นข้างแรมบนดาวศุกร์ และยังค้นพบจุดดับบนดวงอาทิตย์อีกด้วย


962


ภาพวาดของกาลิเลโอแสดงลักษณะแสงและเงาบนที่ปรากฏบนดวงจันทร์ (ภาพจาก www.loc.gov/exhibits/world/images/s75p2.jpg)


     ในยุคสมัยเดียวกันนั้นเอง โยฮันเนส เคปเลอร์ (Johannes Kepler) นักดาราศาสตร์ชาวออสเตรีย ซึ่งเคยเป็นผู้ช่วยของ ทีโค บราห์ (Tycho Brahe) นักดาราศาสตร์และนักคณิตศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่คนหนึ่งของโลกได้ทำการปรับปรุงทฤษฎีจักรวาลของโคเปอร์นิคัสให้สมบูรณ์มากขึ้น ซึ่งทำให้เขาได้ค้นพบกฎแห่งการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ในสุริยจักรวาลว่าดาวเคราะห์ต่างๆมีวงโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นรูปวงรีหรือรูปไข่แทนที่จะเป็นรูปวงกลม และได้นำเสนอแนวคิดที่ว่าจะต้องมีแรงกระทำบางอย่างที่ทำให้ดาวเคราะห์ต่างๆเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์เป็นรูปวงรี

 

963


แบบจำลองสุริยะจักรวาลของเคปเลอร์ที่มีพระอาทิตย์เป็นศูนย์กลางและมีการนำ “ทรงหลายหน้าปกติ” (platonic solids) ทั้ง 5 ชนิดมาใช้ในการบอกระยะห่างระหว่างดาวเคราะห์แต่ละดวง แบบจำลองนี้ปรากฏอยู่ในหนังสือของเคปเลอร์ชื่อ “Mysterium Cosmographicum” ที่ตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 1596


964


   ภาพขยายแบบจำลองสุริยะจักรวาลของเคปเลอร์ที่มีดวงอาทิตย์อยู่ตรงจุดศูนย์กลางล้อมรอบด้วยรูปทรงเหลี่ยมหลายหน้าชนิดต่างๆซึ่งเคปเลอร์นำมาใช้เป็นตัวกำหนดระยะห่างระหว่างดาวแต่ละดวง

   หลังจากที่ทั้งกาลิเลโอและเคปเลอร์ได้ทยอยกันตีพิมพ์ผลงานการค้นพบของเขาทั้งสองซึ่งเป็นการสนับสนุนแนวคิดเกี่ยวกับจักรวาลของโคเปอร์นิคัสออกไปออกไปเรื่อยๆ ก็ได้ทำให้ผู้ที่เคร่งครัดในหลักคำสอนของคริสต์ศาสนาและบรรดานักวิทยาศาสตร์ผู้ยึดมั่นในหลักคำสอนของอริสโตเติลและปโตเลมีเริ่มต่อต้านกาลิเลโอมากขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่ง ใน ค.ศ. 1616 คริสต์ศาสนจักรได้ประกาศว่าแนวคิดเกี่ยวกับจักรวาลตามแบบโคเปอร์นิคัสเป็นความเข้าใจที่ผิดอย่างมหันต์ และห้ามมิให้กาลิเอโอทำการเผยแพร่หรือปกป้องแนวคิดของโคเปอร์นิคัสอีกต่อไป ซึ่งกาลิเลโอต้องจำใจยอมรับคำสั่งดังกล่าว

   อย่างไรก็ตาม เมื่อหนังสือของกาลิเลโอชื่อ “บทวิพากษ์ว่าด้วยโลกสองระบบ (Dialogue Concerning the Two Chief World Systems) ซึ่งมีเนื้อหาที่สนับสนุนแนวคิดของโคเปอร์นิคัสอย่างน่าเชื่อถือได้ถูกตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 1632 และได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางทั่วทั้งทวีปยุโรป ทำให้องค์พระสันตปาปาเออร์บันที่ 8 และคริสต์ศาสนจักรไม่พอใจมากที่กาลิเลโอละเมิดฎีกาในปี ค.ศ. 1616 เขาจึงถูกนำตัวมาไต่สวนละถูกตัดสินให้กักบริเวณอยู่ในบ้านตนเองตลอดชีวิต รวมทั้งถูกบังคับให้เขียนยืนยันการละทิ้งแนวคิดของโคเปอร์นิคัส


965

หน้าปกของหนังสือ “บทวิพากษ์ว่าด้วยโลกสองระบบ (Dialogue Concerning the Two Chief World Systems)” ของกาลิเลโอที่ตีพิมพ์ใน ค.ศ. 1632


966

    ส่วนหนึ่งของบันทึกที่กาลิเลโอจำใจต้องเขียนขึ้นมาเพื่อแสดงการยอมรับคำตัดสินของคริสต์ศาสนจักรในการที่จะให้กาลิเลโอเลิกทำการใดๆที่เป็นการสนับสนุนและเผยแพร่แนวคิดของโคเปอร์นิคัสที่ว่าโลกไม่ใช่จุดศูนย์กลางของจักรวาล โดยบันทึกดังกล่าวเขียนขึ้นเมื่อวันที่ 22 มิถุนายน ค.ศ. 1633 (ภาพจาก www.law.umkc.edu/faculty/projects/ftrials/galileo/recantation.html)

967


     การไต่สวนหาความผิดของกาลิเลโอโดยตุลาการศาสนา ณ กรุงโรม เมื่อเดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ. 1633 โดยกาลิเลโอถูกกล่าวหาว่า “ประพฤตินอกรีตฝ่าฝืนแนวทางคาทอลิกอย่างร้ายแรง” ซึ่งมีสาเหตุมาจาการที่เขาเขียนหนังสือสนับสนุนแนวคิดของโคเปอร์นิคัส
 

    หลังจากที่ต้องทนทุกข์ทรมานจากการถูกกักบริเวณมาเป็นเวลานาน กาลิเลโอ ก็เสียชีวิตลงเมื่อวันที่ 8 มกราคม ค.ศ. 1642 และจะเป็นด้วยความบังเอิญหรือไม่ก็ตาม ในปี 1642 ที่กาลิเลโอเสียชีวิต ก็เป็นปีเดียวกันกับที่มหาบุรุษผู้หนึ่งได้ถือกำเนิดขึ้น ซึ่งบุรุษผู้นี้ได้สืบทอดมรดกทางความคิดของกาลิเลโอไว้อย่างเหนียวแน่นและเขาได้พิสูจน์ให้ชาวโลกได้เห็นว่าแนวคิดที่กาลิเลโอยึดมั่นมาทั้งชีวิตของเขานั้นถูกต้อง…มหาบุรุษผู้นั้นก็คือ เซอร์ ไอแซก นิวตัน นั่นเอง !

968


    แม้ว่ากาลิเลโอจะเสียชีวิตไปแล้ว แต่การขัดแย้งระหว่างวงการวิทยาศาสตร์สมัยใหม่กับคริสต์ศาสนจักรเกี่ยวกับทฤษฎีจักรวาลได้ดำเนินต่อมาอย่างเข้มข้น จนกระทั่งในปี ค.ศ. 1687 เซอร์ ไอแซก นิวตันได้เฉลยปริศนาเกี่ยวกับแรงกระทำที่ทำให้ดาวเคราะห์ต่างๆเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์เป็นรูปวงรีได้ไว้ในหนังสือของเขาชื่อ “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” หรือ “Principia” ซึ่งได้รับการยกย่องว่าเป็นผลงานที่สำคัญที่สุดชิ้นหนึ่งของวงการฟิสิกส์ โดยเนื้อหาส่วนหนึ่งใน Principia นั้น นิวตันได้ประกาศว่าดวงดาวแต่ละดวงในเอกภพล้วนแล้วแต่มีแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน โดยที่แรงดึงดูดดังกล่าวจะเพิ่มขึ้นตามมวลของดาวแต่ละดวง และแรงดังกล่าวนี้ก็คือแรงชนิดเดียวกันกับแรงที่ทำให้วัตถุต่างๆต้องตกลงสู่พื้นโลกเสมอ ซึ่งก็คือ “แรงโน้มถ่วง" นั่นเอง นอกจากนี้กฎแห่งแรงโน้มถ่วงของนิวตันยังได้แสดงให้เห็นว่า ยิ่งดวงดาวอยู่ห่างจากกัน แรงดึงดูดก็จะยิ่งน้อยลง โดยดาวที่อยู่ห่างไกลออกไปเป็น 2 เท่าของดาวดวงหนึ่งจะมีแรงดึงดูดน้อยลงเป็น 1 ใน 4 ส่วนของดาวดวงนั้น ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ดาวเคราะห์ต่างๆ มีวิถีโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงรี และดวงจันทร์ก็โคจรรอบโลกเป็นวงรีเช่นกัน ซึ่งคำอธิบายที่ชัดเจนเหล่านี้เองที่ทำให้แบบจำลองจักรวาลของอริสโตเติลและปโตเลมีที่สืบทอดมาอย่างยาวนานต้องพบกับจุดจบ และก่อให้เกิดวิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ยุคใหม่ขึ้นมาแทน

969


    ภาพวาดวงโคจรของดวงดาวต่างๆในหนังสือ “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” ของเซอร์ ไอแซก นิวตัน
 

    ในปี ค.ศ. 1835 สำนักวาติกันได้ถอนหนังสือของกาลิเลโอเรื่อง “บทวิพากษ์ว่าด้วยโลกสองระบบ” ออกจากรายชื่อหนังสือต้องห้ามของวาติกัน และต่อมาในปี ค.ศ. 1992 คริสจักรโรมันคาทอลิกได้ประกาศยอมรับอย่างเป็นทางการว่าแนวคิดเกี่ยวกับระบบสุริยะจักรวาลของกาลิเลโอนั้นถูกต้อง

    ปัจจุบัน กาลิเลโอได้รับการยกย่องให้เป็น “บิดาแห่งวิทยาศาสตร์” “บิดาแห่งวิชาดาราศาสตร์สมัยใหม่” “บิดาแห่งวิชาฟิสิกส์สมัยใหม่” และเขายังเป็นผู้ค้นพบกฎแห่งการแกว่งของลูกตุ้มนาฬิกา (pendulum) และกฎการตกอย่างเสรีของวัตถุ อีกด้วย

บทความนี้ยังไม่จบครับ โปรดคอยติดตามบทสรุปของเดอะไพรเออรี่ออฟไซออนในบทความตอนต่อไป เร็วๆนี้
 

เกี่ยวกับผู้เขียน

    ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกสาขา Bioprocess จาก Institute National Polytechnique de Toulouse ประเทศฝรั่งเศส และ สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอก สาขา Biotechnology จากจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

    ปัจจุบัน เป็นนักวิชาการประจำ ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ ทำหน้าที่เป็นหัวหน้าหน่วยบริการวิเคราะห์ทดสอบทางด้านนาโนเทคโนโลยี เป็นผู้เขียนบทความวิชาการและแต่งหนังสือเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยี และเป็นผู้บรรยาย เกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยี ตามมหาวิทยาลัยและสถาบันต่างๆหลายแห่ง

993

ประโยชน์ของทุเรียน

ใครที่ชอบทานทุเรียน ทราบหรือไม่ว่าทุเรียนมีประโยชน์หลายอย่าง วันนี้เกร็ดความรู้มีเรื่องนี้มาฝากกัน...

ประโยชน์ของทุเรียนมีดังต่อไปนี้

เนื้อทุเรียน - รสหวานร้อน ทำให้เกิดความร้อน แก้โรคผิวหนัง ทำให้ฝี-หนอง แห้ง เนื้อทุเรียนมีฤทธิ์ขับพยาธิ
 
เปลือกหนามทุเรียน - รสเฝื่อน นำมาสับแช่ในน้ำปูนใสใช้ชะล้างแผลที่เกิดจากน้ำเหลืองเสีย แผลพุพอง หรือนำมาเผาทำถ่าน บดจนเป็นผง คลุกในน้ำมันมะพร้าว หรือน้ำมันงา ลดความบวมพองจากคางทูม และเผาเอาควันไล่ยุงและแมลง
 
ใบทุเรียน - รสเย็นและเฝื่อน ใช้ต้มน้ำอาบแก้ไข้ แก้ดีซ่านและเป็นส่วนผสมในยาขับพยาธิ
 
รากจากต้นทุเรียน
– ตัดเป็นข้อ ๆ ต้มให้เดือด ดื่มบรรเทาอาการไข้และรักษาอาการท้องร่วง

รู้อย่างนี้แล้ว ก็ลองนำวิธีที่แนะนำไปปฏิบัติตามกันได้.


วิธีทำความสะอาดตะแกรงย่างเนื้อ

ใครที่ชอบทำอาหารจำพวกปิ้ง ย่าง ทานกันบ่อย ๆ คงเคยประสบปัญหา ตะแกรงดำ ล้างออกยาก วันนี้เกร็ดความรู้มีวิธีทำความสะอาดตะแกรงให้ขาวเหมือนใหม่มาบอกกัน...

วิธีทำความสะอาด คือ นำน้ำยาล้างจาน ผสมกับน้ำอุ่น จากนั้นใส่ภาชนะ หรือถุงขนาดใหญ่ นำตะแกรงลงแช่ไว้ประมาณ 1-2 ชั่วโมง จากนั้นเขย่าถุง คราบสกปรกก็จะหลุดออกโดยง่าย สุดท้ายนำออกมาล้างทำความสะอาดอีกครั้ง แล้วผึ่งตะแกรงให้แห้ง จะสังเกตได้ว่าตะแกรงกลับมาขาวเหมือนใหม่ดังเดิม

ถ้าอยากมีตะแกรงที่ขาวสะอาดไว้ใช้ ก็ลองนำวิธีที่แนะนำไปปฏิบัติตามกันได้.


GMO พันธุวิศวกรรมศาสตร์ นางฟ้า หรือ ซาตาน

ผู้เขียน: ดร.สมพิศ, ดร.พิเชษฐ

บทนำ

GMO

   ประมาณ 40 ปีที่แล้วในประเทศกำลังพัฒนามีประชาชนผู้หิวโหยอยู่ประมาณ 1000 ล้านคน ซึ่งก็คิดเป็นจำนวนถึง 50% ของประชาการทั้งหมดในประเทศที่กำลังพัฒนานี้ หากว่าอัตราส่วนนี้ไม่เปลี่ยน นั่นก็เท่ากับว่าในปัจจุบันเราจะมีประชาการ ที่ได้รับอาหารไม่เพียงพอต่อวัน เป็นจำนวนเท่ากับ 2000 ล้านคน แต่แท้ที่จริงจากการสำรวจล่าสุดมีเพียงแค่ 800 ล้านคน


    บางท่านอาจจะเคยได้ยิน The Green Revolution ซึ่งก็คือการปรับปรุงพันธุ์พืชโดยวิธีทางวิทยาศาสตร์ โครงการนี้ได้ถูกเริ่มในปี 1960 พีชที่ได้ถูกปรับปรุงประกอบไปด้วย ข้าว ข้าวสาลี ข้าวโพด ข้าวโอ๊ต หลังจากนั้นไม่นานผลที่ได้ในการเก็บเกี่ยวก็เพิ่มขึ้นในระดับที่ มากกว่าอัตราการเพิ่มของประชากร ผลประโยชน์ต่อเนื่องอีกอย่างหนึ่งคือ ราคาของผลผลิดลดลง จำนวนเงินที่ใช้ในการซื้ออาหารก็ลดลงตามลำดับ เมื่อเทียบกับค่าใช้จ่ายอื่นๆ ประเทศที่มีผลผลิดเหลือก็สามารถส่งออกจำหน่ายยังต่างประเทศได้ แต่สิ่งที่กำลังเกิดขึ้นขณะนี้ก็คือ อัตราการเพิ่มของผลผลิดลดลง เมื่อเทียบกับอัตราการเพิ่มของประชากร ในประเทศที่กำลังพัฒนา สาเหตุที่อัตราการเพิ่มของผลผลิตลดลงก็มีหลายอย่าง สาเหตุใหญ่ก็คือคุณภาพของดินที่ลดลงเนื่องจากการทำเกษตรกรรมนั่นเอง ซึ่งก็เป็นปกติ


    เป็นที่รู้กันดีว่าประเทศที่พัฒนาแล้วนั้นผลิตอาหารมากกว่าความต้องการภายในประเทศ แต่ว่าการส่งออกอาหาจจากประเทศเหล่านี้ไปยังประเทศกำลังพัฒนา นั้นไม่ใช่ทางออก จากที่ผ่านๆมา มันเป็นไปไม่ได้ที่จะใช้โครงสร้างของตลาด หรือการค้าขายในการจัดสรรและกระจายผลผลิต สู่ประเทศยากจน เนื่องจากเป้าหมายของตลาดคือผลกำไร จะเห็นได้ว่าประชาชนที่จะได้รับผลประโยชน์ก็คือประชาชนในเมืองนั่นเอง จาก 800 ล้านคนที่รับอาหารไม่เพียงพอนั้น เพียงแค่ 130 ล้านคนที่อาศัยอยู่ในเมือง ที่เหลือกระจัดกระจาย อยู่ในชนบทที่ห่างใกลซึ่งสามารถเข้าถึงเฉพาะผลผลิตในท้องถิ่นนั้นเท่านั้น


    จากที่กล่าวมาทั้งหมดทุกข้อ จะเห็นว่าเราต้องการ Green Revolution ครั้งที่ 2 โดยที่ผลผลิตนั้นจะต้องเพิ่มขึ้นและจะต้องไม่เป็นผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม หลายคนเชื่อว่านี่สามารถที่จะทำได้ หากใช้การเกษตรแบบเพียงพอ (sustainanle agriculture) พร้อมกับความร่วมมือจากเกษตรกรที่ดีในการค้นคว้า และนำพันธุ์พืชไปใช้อย่างถูกวิธิ พร้อมกับการใช้ Bio-technology สมัยใหม่ในการเพิ่มผลผลิตโดยตรง


    บทความที่จะกล่าวต่อไปนี้จะเกี่ยวกับ Bio-technology ทั้งหมดที่เกี่ยวกับ GMO (พันธุวิศวกรรมศาสตร์ ) เราจะแนะนำท่านสู่เทคโนโลยีอันนี้ พร้อมกับบรรยายถึงผลดี ผลเสีย และปัญหาที่กำลังเกิดขึ้นในปัจจุบัน (ไม่เน้นเฉพาะประเทศไทย)

GMO คืออะไร

    ทำไมถึงได้มีการต่อต้านกันนัก? ได้ยินมานานนักหนาจากหน้าหนังสือพิมท์ โทรทัศท์ ที่ผ่านมาเราได้เห็นเฉพาะที่สื่อมวลชนทั้งหลายนำเสนอ วันนี้เราขอนำเสนอ จีเอ็มโอโดยตรงจากนักวิทยาศาสตร์ด้านพันธุศาสตร์ เราจะมาเริ่มทำความเข้าใจกับธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต ความรู้พื้นฐานที่นักวิทยาศาสตร์ได้ทราบกันมานาน และนำมาใช้ในการสร้าง จีเอ็มโอ


    ก่อนอื่นต้องขอพูดถึง DNA ดีเอ็นเอก็คือสารพันธุกรรมที่เป็นตัวส่งข่าวสารจากพ่อ แม่ไปสู่ลูก ทบทวนกันสักนิด "ดีเอ็นเอ" ก็ย่อมาจาก Deoxyribonucleic acid เป็นส่วนประกอบพื้นฐานสำหรับสิ่งมีชีวิตเกือบทุกชนิด ดีเอ็นเอ ประกอบไปด้วย โมเลกุล 4 ชนิด ซึ่งเรียกรวม ๆ ว่า nucleotides โมเลกุลทั้ง 4 ชนิดนั้นเหมือนกันตรงที่ ต่างก็มี น้ำตาล(Deoxyribose) และ กลุ่ม ฟอสเฟต (phosphase) แต่จะต่างกันตรงชนิดของ กลุ่ม เบส (base) ที่ติดอยู่กับแต่ละโมเลกุล ว่าจะเป็น A (จาก Adenine), G (จาก Guanine), C (Cytosine) หรือ T (thymine)จะว่ากันแบบง่าย ๆ


    ดีเอ็นเอก็มีลักษณะเหมือนเชือกสองเส้นที่ขนานกัน (ดังในรูป ด้านซ้าย) แล้วแต่ละเส้น จะมีโมเลกุล 4 ชนิดคล้ายลูกปัดร้อยอยู่ แต่ละโมเลกุลจะมี A, G, T หรือ C ติดอยู่ อันดับในการเรียงของลูกปัด หรือ โมเลกุล เหล่านี้ มี ความสำคัญมาก (คำอธิบายอยู่ข้างล่าง) เชือกสองเส้นนี้ติดกันอยู่โดยพลังดูดระหว่าง คู่เบส (จำได้หรือเปล่าว่าเบสก็คืv A, T, G หรือ C) ที่อยู่บนเชือกสองเส้น โดย A จะดูดกับ T และ G จะ ดูดกับ C ด้วยแรงดูดระหว่าง คู่เบส (A คุ่กับ T และ G คู่กับ C)และโครงสร้างเฉพาะตัวของแต่ละ nucleotide (เป็นคำรวมเรียกโมเลกุลน้ำตาลและเบศที่เกาะกับน้ำตาลอันนั้น) นี้ทำให้โครงสร้างของ ดีเอ็นเอ มีลักษณะเป็น double helix (double=สอง helix=เส้นเกลียว) หรือเป็น เกลียว 2 เส้นที่ขนานกัน ดังในรูป


    แล้วดีเอ็นเอนี่ทำอะไรในร่างกายของสิ่งมีชีวิต?คำถามนี้ก็มีคนได้พยายามตอบกันมานานมาก เราก็โชคดีที่บรรพบุรุษผู้ขยันนั้นได้หาคำตอบที่มีการพิสูจน์แล้วว่าจริง มาให้เราเรียบร้อย มาฟังคำตอบกันใน Central Dogma ในวิชาพันธุศาสตร์ (Genetics)


   โดยทั่วไปแล้ว คำว่า dogma นั้นใช้กับสิ่งที่ยังไม่ได้พิสูจน์ แต่ central dogma ในวิชาพันธุศาสตร์นั้นได้มีการพิสูจน์แล้วว่าเป็นจริง ใน central dogma นี้ หน้าที่ของ ดีเอ็นเอนั้นคือ เป็นพิมพ์เขียว ในกระบวนการ replication เพื่อที่จะสร้าง ดีเอ็นเอเพิ่มขึ้น กระบวนการ replication นั้นก็คล้ายวิธี ถ่ายเอกสารในแง่ที่เราเพิ่มจำนวน ของสิ่งที่เรามีอยู่ให้มีมากขึ้นโดยอาศัยข้อมูลที่บรรจุในเอกสารอันเก่านั้น ในกระบวนการ replication นั้นเราไม่ใช้เครื่องถ่ายเอกสาร หากเราใช้สิ่งที่เรียกว่า enzymes ซึ่ง ก็คือโปรตีนที่สามารถก่อให้เกิดหรือเร่ง ปฏิกิริยาทางเคมีต่าง ๆ ได้แบบเฉพาะตัว ใน replication เอ็นไซม์ที่ทำหน้าที่ก็ได้รับชื่อเฉพาะว่า DNA polymerase (สร้างโพลิเมอร์ของ ดีเอ็นเอ โดยที่คำว่าโพลิเมอร์หมายถึงสิ่งหรือสารที่สร้างมาจากการเรียงตัวกันหลาย ๆ อันของสิ่งใดสิ่งหนี่งที่มีขนาดเล็กกว่า) นอกเหนือ จากเป็นพิมพ์เขียว สำหรับ replication ดีเอ็นเอ ยังเป็นพิมพ์เขียว ในขบวนการ transcription (transcript เป็นคำนามของสิ่งที่ผ่านการ transcribe ซึงก็คือการแปลข้อมูลนั่นเอง) ดังนั้น transcription ในที่นี้ก็คือการแปลข้อมูลจากภาษา ดีเอ็นเอ เป็น ภาษา อาร์เอ็นเอ โดยใช้ เอ็นไซม์ RNA polymerase (สร้างโพลิเมอร์ของ อาร์เอ็นเอ)






    "อาร์เอ็นเอ"
นั้นย่อมาจาก ribonucleic acid (จะเห็นได้ว่า คำเต็มคล้ายๆ กับของดีเอ็นเอ ต่างกันตรงที่ ดีเอ็นเอมี Deoxy- เติมอยู่ตรงข้างหน้า ซึ่งมาจากความที่ ดีเอ็นเอมี -H เกาะอยู่กับ C ตัวที่ 2 ในน้ำตาล หาก อาร์เอ็นเอมี -OH เกาะอยู่) โครงสร้างของ อาร์เอ็นเอนั้นคล้ายกับ ดีเอ็นเอ หากต่างกันตรงที่ ชนิดของ น้ำตาล (อาร์เอ็นเอนั้นเป็นน้ำตาล ribose แต่ ดีเอ็นเอเป็น Deoxyribose ต่างกันตรว -OH กับ -H) และ T ใน ดีเอ็นเอจะถูกแปรเป็น U (Uracil) ในอาร์เอ็นเอ หน้าที่ของอาร์เอ็นเอ ก็คือเป็นพิมพ์เขียว ในการสร้าง โปรตีน โดยที่จะสร้างโปรตีนอะไรนั้นขึ้นอยู่กับว่าอันดับของเบส (A, T, G or C) บนสายอาร์เอ็นเอ (ซึ่งเป็นอันดับเดียวกับบน ดีเอ็นเอ) และขบวนการสร้างโปรตีนนี้เรียกว่า translation โดยอาศัยกลุ่มเอ็นไซม์ที่ชื่อว่า ribosome ส่วนของ ดีเอ็นเอ ที่เมื่อผ่านการ transcription และ translation แล้ว ได้ โปรตีน 1 โปรตีนเรียกว่า 1 ยีน (gene) โดยส่วนมากแล้วจะตั้งชื่อของ ยีน ต่าง ๆ ตามหน้าที่ของโปรตีนที่สร้างมาจากข้อมูลในยีนนั้น ๆในเซลล์ ดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตต่างชนิด จะมีปริมาณและจำนวนของยีน ต่างกัน ส่วนมากปริมาณของดีเอ็นเอจะพูดกันในหน่วยที่ เรียกว่า basepair (bp) โดยที่ 1 bp หมายถึง 1 คู่ของ nucleotide หรือ 1 คู่ของเบส (อย่าลืมว่า ดีเอ็นเอเป็นสายสองเส้นขนานกัน 1 คู่ในที่นี้หมายถึง คู่ของ A-T หรือ คู่ของ G-C) นั่นเอง (เพราะ 1 nucleotide มี 1 เบส) มนุษย์เรานั้น มีดีเอ็นเอประมาณ 3x10^9 bp สิ่งที่น่ารู้อีกอย่างหนึ่งก็คือ ดีเอ็นเอในสิ่งมีชีวิตนั้นมีการจัดเรียงต่างกัน เช่นในแบคทีเรีย ดีเอ็นเอจะเรียงตัวเป็นวงกลม (นึกถึงยางวงที่เราเล่นเป่ากบกัน) แต่ในมนุษย์ ยีสต์หรือสัตว์ที่สูงขึ้นมา ดีเอ็นเอจะจัดตัวเป็นเส้น ๆ เรียกว่า โครโมโซม (chromosome) แล้วจำนวนของโครโมโซมเนี่ยก็จะจำเพาะในแต่ละ สปีชี (specie) มนุษย์เราจะมี 46 โครโมโซม (22 คู่ และ 2 โครโมโซมที่ควบคุมลักษณะทางเพศ โดยที่ X ควบคุมลักษณะเพศหญิง และ Y ควบคุมลักษณะเพศชาย) ในรูปด้านซ้ายมือ แต่ละโครโมโซมได้ผ่านการ replication แล้วเราจึงเห็น โครโมโซม 2 เส้นติดกันอยู่แต่ถ้านับแล้วควรจะครบ 46 อัน


   แต่ในแมลงหวี่ จะมี 8 โครโมโซม (3 คู่ และ 2 โครโมโซมที่ควบคุมเพศ) สิ่งมีชีวิตที่มีโครโมโซม 2 ชุด (copy) เช่น มนุษย์ และแมลงหวี่ โดยที่หนึ่งชุดมาจากพ่อ และอีกหนึ่งชุดมาจากแม่ เรียกว่า เป็นพวก diploid แต่ในสิ่งมีชีวิตที่มี แค่ 1 copy เช่น แบคทีเรียซึ่งมีโครโมโซมเป็นวงกลม 1 วง จะ จัดเป็นพวก haploid เนื่องจากเซลล์ของ มนุษย์ พืช และ สัตว์อื่นๆ โดยทั่วไป นั้นมีขนาดเล็กมาก (1-10 micrometer ) ดีเอ็นเอจึงต้องมีการ จัดตัวให้ดี (ดีเอ็นเอของมนุษย์มีความยาวประมาณ 2 เมตร) และการจัดตัวของ ดีเอ็นเอนี้สำเร็จล่วงไปได้ด้วยเจ้า โปรตีนที่ชื่อ ฮิสโตน (histone)
 

เทคโนโลยีเบื้องหลังจีเอ็มโอ

    อย่าเพิ่งตาลายกันนะคะท่านผู้อ่าน ตอนนี้เราก็มาเข้าเรื่องจีเอ็มโอดีกว่า ก่อนที่จะเหนื่อยอ่านต่อไม่ไหว จีเอ็มโอ (GMO) เป็นคำย่อมาจาก Genetically Modified Organisms ซึ่งใช้เรียก กลุ่มสิ่งมีชีวิต (organism) ที่ได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงสารพันธุกรรม (genetic make up)ในห้องทดลอง วิธีการในการตัดต่อดีเอ็นเอเรียกว่า Recombinant DNA technology ซึ่งสามารถใช้ในการตัดหรือต่อ ดีเอ็นเอระหว่างสิ่งมีชีวิตจำพวกเดียวกัน หรือระหว่างสิ่งมีชีวิตต่างจำพวกก็ได้ Recombinant DNA technology เริ่มต้นด้วยการค้นพบ restriction enzyme ซึ่งก็คือ เอ็นไซม์ที่สามารถตัด ดีเอ็นเอเฉพาะที่




   ตัวอย่างเช่น EcoRI เอ็นไซม์จะตัดดีเอ็นเอเฉพาะตรงที่มี nucleotide G, A, T, C เรียงกันแบบเฉพาะดังในรูป จะเห็นว่าในรูปมีเบสเรียงกันอยู่สองเส้นขนานกัน เพราะว่าดีเอ็นเอเป็นเส้นขนานกัน 2 เส้น แต่ทั้งสองเส้นจะมีทิศทางตรงข้ามกัน 5' และ 3' เป็นการบอกทิทาง


   ดีเอ็นเอที่ขาดจะกลับมาต่อกันได้ใหม่โดย เอ็นไซม์ที่ชื่อ Ligase เอ็นไซม์ที่ใช้ใน การตัดต่อเปลี่ยนแปลง ดีเอ็นเอต่าง ๆ เหล่านี้ได้มาจากการสกัดมาจากสิ่งมีชีวิต ในธรรมชาติทั้งสิ้น (ส่วนมากจะมาจากแบคทีเรีย) และที่สำคัญก็คือกระบวนการตัดต่อดีเอ็นเอระหว่างสิ่งมีชีวิต เป็นสิ่งเกิดขึ้นเป็นประจำอยู่ในธรรมชาติอยู่แล้ว จะขอยกตัวอย่าง กระบวนการที่เรียกว่า Transduction


   ในกระบวนการนี้ Phage P1 ซึ่งเป็นไวรัสที่สามารถ infect แบคทีเรีย ไวรัสนี้จะจับกับผนังด้านนอก ของแบคทีเรีย แล้วฉีดดีเอ็นเอของตัวเอง เข้าไปในแบคทีเรีย (ดีเอ็นเอของเฟจT1จะมีสีเขียว ส่วนดีเอ็นเอของแบคมีเรียจะมีสีน้ำเงิน ส่วนสีชมพูนั้นคือดีเอ็นเอของแบคมีเรีย ส่วนที่เราสนใจอยู่ ในรูป) ดีเอ็นเอจากไวรัสนี้จะสามารถสร้างโปรตีน โดยอาศัยวัตถุดิบต่าง ๆ จาก แบคทีเรีย โปรตีนเหล่านี้จะทำหน้าที่ต่าง ๆ กันไปแต่จะมีส่วนหนึ่งซึ่งสามารถตัดดีเอ็นเอ ของแบคที่เรียให้เป็นชิ้น ๆ โปรตีนส่วนที่เหลือส่วนมากจะเป็นวัตถุดิบในการให้กำเนิดลูก ๆไวรัส ในขบวนการให้กำเนิดลูก ๆ นี้จะมีการบรรจุดีเอ็นเอของเฟจ ที่ผ่านการ replication (ไม่ถูกตัดเป็นชิ้น ๆ เพราะมีวิธีป้องกันไว้)เข้าไปในโครงสร้างที่เรียกว่าหัวของไวรัส (สีขาวหกเหลี่ยมในรูป) และบางครั้งดีเอ็นเอจากแบคทีเรียจะถูกบรรจุเข้าไปด้วย (ส่วนที่เป็นสีน้ำเงนและชมพูในรูป) และเมื่อไวรัสตัวนี้ไป infect แบคทีเรียตัวที่2 มันก็จะนำดีเอ็นเอจากตัวแรก (แบคทีเรีย1) ไปใส่ในแบคทีเรีย 2 ถ้าหากดีเอ็นเอที่เข้ามาเพิ่มมีอันดับการเรียงตัว ของ nucleotides เดียวกับของในแบคทีเรียตัวที่ 2 ขบวนการที่เรียกว่า Homologous Recombination ซึ่งเป็นขบวนการที่เอ็นไซม์ในเซลล์ ก่อให้เกิดการแลกเปลี่ยนดีเอ็นเอระหว่างส่วนที่มีอันดับคล้ายกัน ของแบคทีเรียตัวที่2 และดีเอ็นเอที่รับมาจาก phage หลังจากขบวนการแลกเปลี่ยนนี้ แบคทีเรียตัวที่2 จะได้รับบางส่วน (สีชมพู) จากตัวที่ 1 หากส่วนสีชมพูนี้บรรจุข้อมูลในการสร้างโปรตีนอย่างครบถ้วนแล้ว แบคทีเรีย2 ก็สามารถอาศัยข้อมูลี้ในการสร้างโปรตีนนั้น ๆ ได้ และดีเอ็นเอที่เข้ามาในแบคทีเรียตัวที่ 2 โดยอาศัย phage ในกรณีนี้ จะเรียกแทนว่า transgene เพราะเป็นดีเอ็นเอที่มีแหล่งกำเนิดจากภายนอก และหลังจากที่ แบคทีเรีย 2 ได้รับยีนจาก 1 เข้าไป แล้ว มันจะถูกเรียกว่า transgenic organism หรือ genetically modified organism เพราะว่าสารพันธุกรรม (DNA)ได้ถูกเปลี่ยนแปลงไป


Gene transfer technology


    หลังจากที่นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีการแลกเปลี่ยนยีนระหว่างสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ขั้นต่อไปก็คือหาวิธีที่จะทำให้เกิดขึ้นได้ในห้องทดลองซึ่งก็จะอาศัยเอ็นไซม์ต่างๆ ทีมีอยู่ในธรรมชาติ เมื่อสามารถที่จะตัดหรือต่อดีเอ็นเอได้ตามใจโดยอาศัย restriction enzyme ดังที่กล่าวไปแล้วนั้น ขั้นต่อไปในการใช้ประโยชน์ของเทคโนโลยีเหล่านี้ก็คือ การใส่ transgene ที่ทำในหลอดทดลองเข้าไปในสิ่งมีชีวิตที่เราศึกษาอยู่โดยอาศัย gene transfer technologies ซึ่งก็คือวิธีการต่าง ๆ ที่ใช้ในการใส่ ดีเอ็นเอที่เราทำการเปลี่ยนแปลง (trangene) เข้าไปในสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ในปัจจุบันนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้คิดค้นวิธีการหลายวิธีขึ้นมา แต่ในที่นี้จะขอเล่าเพียงคร่าว ๆ ก่อน


๑) machine gun ฟังชี่อแล้วก็สามารถเดาได้ ว่าวิธีนี้ ใช้ปืน หากแต่ปืนที่ใช้จะอาศัยแรงลมในการผลักดันกระสุน และ กระสุนในที่นี้ก็ไม่ใช่ลูกตะกั่วที่เราคุ้น หากเป็น ทองก้อนเล็กมาก ๆ ที่เคลือบด้วยดีเอ็นเอที่เราต้องการจะใส่ไปในสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ โดยมากวิธีนี้จะใช้กับพืช


๒) microinjection อีกแล้ว เมื่อฟังดูก็จะนึกถึงเข็มฉีดยาหากแต่ต้องเป็นเข็มที่เล็กมาก ในวิธีนี้ดีเอ็นเอจะถูกฉีดเข้าไปในนิวเคลียสโดยตรง ส่วนมากจะใช้กับสัตว์ วิธีนี้ก็เป็นวิธีที่ใช้ใน in vitro fertilization หรือการผสมเทียม (in vitro หมายถึงเกิดขึ้นภายนอก สิ่งมีชีวิต ส่วน in vivo หมายถึงเกิดขึ้นภายในสิ่งมีชีวิต)


๓) lipofection ในวิธีนี้ ดีเอ็นเอที่ถูกเคลือบ (encapsulate) ด้วยไขมัน จะใส่ไปในหลอดทดลองที่มีเซลล์อยู่ ดีเอ็นเอจะเข้าไปในเซลล์ได้ เพราะ ไขมันที่เคลือบดีเอ็นเอนั้น จะ รวมตัว (fuse) กับ เซลล์เมมเบรน (ซึ่งประกอบไปด้วยไขมันเป็นส่วนมาก)


๔) electroporation เป็นวิธีที่อาศัยไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านเซลล์ รูในเยื่อหุ้มเซลล์จะเปิดกว้างขึ้น เพราะฉะนั้น ดีเอ็นเอที่อยู่ภายนอกเซลล์ใน หลอดทดลองจะสามารถเข้าไปได้ วิธีนี้จะใช้กับแบคทีเรียเป็นส่วนมาก


๕) heat shock เมื่ออุณหภูมิของเซลล์เปลี่ยนอย่างรวดเร็ว จะ ทำให้รูในเยื่อหุ้มมีขนาดต่างกันไปด้วย ดีเอ็นเอจะสามารถเข้าไปได้ คล้าย ๆ กับ วิธี electroporation


๖) Agrobacterium transformation วิธีนี้เป็นวิธีที่ใช้ในการใส่ดีเอ็นเอเข้าไปในต้นไม้ โดยอาศัยแบคทีเรียที่มีชื่อว่า Agrobacterium ซึ่งเป็นวิธีที่เกิดขึ้นโดยทั่วไปในธรรมชาติ หากแต่ก่อนหน้าที่จะใช้ วิธีนี้ นักวิยาศาสตร์จะต้อง ใช้วิธีอื่นเพื่อที่จะใส่ transgene เข้าไปใน Agrobacterium เสียก่อน Agrobacterium transformation นี้เป็นวิธีที่ใช้อย่างแพร่ หลายในการ ทำ transgenic ต้นไม้


    ในวิธีการที่กล่าวมานี้ไม่มีวิธีไหนที่ได้ผล ๑00 เปอร์เซ็นต์ จะต้องมีการทดสอบโดยวิธีต่าง ๆ เพื่อที่จะรู้แน่ว่า transgene ได้เข้าไป ในสิ่งมีชีวิตนั้น ๆ แล้วหรือยัง โดยทั่วไป ในการออกแบบ trangene แต่ละครั้งนักวิทยาศาสตร์ จะ เพิ่มดีเอ็นเอบางส่วนที่ไม่เกียวข้องกับยีนที่ศึกษาอยู่ หากแต่เพิ่มเข้าไปเพื่อใช้เป็น marker ซึ่งเป็นเหมือนกับธง ที่บอกให้เห็นถึงความแตกต่าง ที่สามารถทดสอบได้ ง่าย ๆ ว่า สิ่งมีชีวิตอันไหนที่เมื่อ ผ่าน gene transfer แล้วอาจจะมี transgene อยู่ Marker ทีใช้กันอย่างแพร่หลาย ก็คือ antibiotic resistance gene (antibiotic หรือ สารปฏิชีวนะเป็นสารเคมีที่แบคทีเรียสร้างขึ้นมา เพื่อยับยั้งการเติบโตของแบคทีเรียชนิดอื่น ๆ ) ซึ่งก็คือ ยีนที่สร้างโปรตีนขึ้นมาเพื่อทำลาย antibiotic หรือปกป้องสิ่งมีชีวิตนั้น ๆ จากผลของ antibiotic ยกตัวอย่างเช่น antibiotic ที่ชื่อ Kanamycin จะยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียโดยทั่วไป แต่ไม่สามารถยับยั้งการเติบโตของแบคทีเรียที่มี Kanamycin resistance gene
 

ข้อดี และ ตัวอย่างจีเอ็มโอ

    เทคโนโลยีในการตัดต่อดีเอ็นเอ ได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเปลี่ยนแปลงดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตหลายชนิด มานานแล้ว ในปัจจุบันนี้ พืชผักผลไม้ที่เราบริโภคอยู่ทุกวัน โดยส่วนมากได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมมาแล้ว อาจจะโดยการปรับปรุงพันธุ์ (breeding program) ซึ่งถ้าพูดกันไปตามหลักวิทยาศาสตร์แล้ว การปรับปรุงหรือคัดเลือกพันธุ์ซึ่งก็คือการที่เราผสมพืชต่างๆ พันธุ์แล้วคัดเลือกเฉพาะต้นที่มีคุณสมบัติที่ต้องการ หรืออีกนัยหนึ่งก็คือการที่เราเลือกต้นพึช ที่มียีนที่ควบคุมลักษณะที่เราต้องการ การถ่ายยีนนี้เป็นไปโดยธรรมชาติ ในกระบวนการที่ ละอองเรณูนำดีเอ็นเอจากต้นพ่อไปสู่ไข่ซึ่งมีดีเอ็นเอในต้นแม่ และในกระบวนการการสร้างลูก ๆ นี้ homologous recombination จะเกิดขึ้นระหว่างดีเอ็นเอจากพ่อและดีเอ็นเอจากแม่ ทำให้ได้ลูกที่มีดีเอ็นเอบางส่วน (หรือบางยีน) จากพ่อและบางส่วนจากแม่


   GMO ต่างกับกระบวนการปรับปรุงพันธุ์แบบที่เราคุ้นเคยตรงที่ว่า นักวิทยาศาสตร์รู้แน่นอนว่า จะเพิ่มหรือลดยีนตัวไหน เพื่อที่จะทำให้ต้นพืชหรือสัตว์มีคุณสมบัติดังที่ต้องการ GMO ที่จะกล่าวถึงนี้ เป็นเพียงส่วนน้อย หากแต่เป็นสิ่งที่มีการพูดถึงมาก


1. ต้นไม้สารพัดนึก


   Bt toxin เป็นสารเคมีที่ปล่อยออกมาจาก แบคทีเรียที่อยู่ในดินชื่อ Bacillus Thuringiensis ตามธรรมชาติ สารเคมีนี้สามารถยับยั้ง การเติบโตของแมลงศัตรูพืชได้หลายชนิด โดยการจับตัวและทำลายช่องท้องของแมลง Bt toxin นี้ได้มีการผลิตและใช้เป็นสารป้องกันแมลงศัตรูพืชมานานแล้ว หากยังเป็นสารเคมีที่อนุญาตให้ใช้ได้ใน Organic garden (การปลูกพืชปลอดสารพิษ นิยมกันมากที่ต่างประเทศ พืชผักพวกนี้จะมีราคาแพงกว่าธรรมดา) ด้วยความที่ว่า สามารฆ่าแมลงได้อย่างมีประสิทธิภาพหากไม่มีผลกระทบต่อมนุษย์ และด้วยความช่างคิดของนักวิยาศาสตร์ ประจวบกับความพร้อมในเทคโนโลยี ได้มีการใส่ยีนที่ผลิต BT toxin เข้าไปในต้นไม้หลายชนิด เช่นต้น มะเขือ ข้าวโพด มันฝรั่ง เมื่อมี่ยีนนี้แล้ว พืชก็สามารถที่จะผลิต สารเคมีนี้ (โดยอาศัยข้อมูลที่บันทึกอยู่ในดีเอ็นเอส่วนที่ใส่เข้าไป) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสามารถป้องกันต้นพืชจากแมลงศัตรูต่าง ๆ และ ลดการใช้สารเคมีลงไปได้อย่างมาก


2. พืชที่ปลูกได้ในถิ่นทุรกันดาร


    เช่นข้าวที่สามารถทนแล้งได้นานๆ เหมาะสำหรับปลูกใน Sub-Saharan Africa หรือข้าวที่สามารถทนน้ำท่วมใด้เป็นระยะเวลานานๆ พร้อมกันนี้ยังได้มีการค้นคว้าข้าว ที่สามารถปลูก ได้ในดินเค็ม หรือ ข้าวที่สามารถปลูกได้ใน ดินที่มีความหนาแน่นของอลูมิเนียมสูง


3. ปลาแซลมอนยักษ์


    ที่เลือกคุยปลาแซลมอนนี้ก็เพราะว่า อยากจะให้เห็นถึงความแพร่หลาย ของการใช้ เทคโนโลยีของการตัดต่อยีน (DNA recombinant technology) และจีเอ็มโอโดยทั่วไปทั้งในพืช และสัตว์ เจ้าปลาแซลมอนยักษ์เนี่ย ก็ตัวโตกว่าปกติ เพราะว่านักวิทยาศาสร์ไดใส่ดีเอ็นเอ ที่สร้างโปรตีน ที่ทำหน้าที่เป็นฮอร์โมนกระตุ้นการเติบโต ของไอ้เจ้าปลาน้อยนี้เข้าไป จะว่ากันไปอย่างคร่าว ๆ ก็คือ ปลาแซลมอนเป็นปลาที่นิยมบริโภคกันมากในต่างประเทศ โดยเฉพาะถ้าเกิดว่าจะย่างปลาเนี่ย พวกผมทองทั้งหลายก็จะไม่ต้องคิดกันไปถึงปลาอื่นเลยแหละ ข่าวล่าสุดจากหนังสือ Nature ประจำเดือนกรกฎาคมปีนี้ ก็คือมีบริษัทหนึ่งในประเทศสหรัฐอเมริกากำลังพยายามอย่างเต็มที่ ที่จะขออนุญาติทำการผลิตและจำหน่ายปลา Atlantic แซลมอน (Salmon salar) ที่มียีนควบคุมการผลิตฮอร์โมนที่ได้มาจากปลา Pacific chinook แซลมอน (Oncorhynchus tshawytscha) ซึ่งไอ้เจ้ายีนนี้ก็ขอรำลึกกันหน่อยว่าก็คือส่วนของดีเอ็นเอ ในที่นี้ก็บรรจุข้อมูลเกียวกับการสร้างฮอร์โมนที่สำคัญ กับการเจริญเติบโตในปลา และเจ้าดีเอ็นเอที่ใส่ใน Pacific salmon นั้นก็ได้นำไปต่อกับดีเอ็นเออีกส่วนหนึ่งที่เรียกว่า promoter ซึ่งมีส่วนสำคัญในการเริ่ม และเร่งกระบวนการ transcription (สร้างอาร์เอ็นเอ จาก ดีเอ็นเอ) เพราะฉะนั้น เจ้า pacific salmon ก็จะสามารถอาศัยข้อมูลในดีเอ็นเอที่ได้รับ (transgene) มาผลิตฮอร์โมนในปริมาณที่มากขึ้นกว่าปกติ ทำให้มีการเจริญเติบโตที่รวดเร็วและมีขนาดใหญ่ขึ้นกว่าปลาที่ไม่มียีนที่เพิ่มขี้นมานี้ (สามารถใหญ่ขึ้นได้ถึงประมาณ 13 เท่า!!)


4. ข้าวสีทอง


    อีกในไม่นานหากมีการยอมรับ ผลิตภันท์ จีเอ็มโอมากขึ้น ข้าวที่เราทานอาจะเปลี่ยนแปลงไป่ไม่ขาวจ๋องอย่างที่เราคุ้น ๆ กัน ทั้งนี้ทั้งนั้นก็ไม่ใช่เพราะอะไร นอกเสียจากนักวิยาศาสตร์หัวใสได้คิดขึ้นมาว่า ในเมื่อมีคนบริโภคข้าวมากมายในโลกนี้โดยเฉพาะประเทศในโลกที่ 3 และเพราะด้วยความที่ไม่ค่อยจะมีอะไรจะบริโภค นอกเหนือจากข้าวนี่แหละทำให้คนที่ชอบกินข้าวเหล่านี้ เป็นโรคขาดสารอาหารกันไปเป็นแถว ๆ เพราะฉะนั้น เราก็ทำไมไม่ใส่สารอาหารเข้าไปข้างในเสียเลย โดยอาศัยเทคนิคทาง Genetic engineering ใน ปี 2542 Inko Potrykus (คนบนปก Time magazine July 31, 2000) และคนใช้แรงงานทั้งหลายในห้องทดลองที่ประเทศเยอรมนี ก็สามารถสร้างข้าวสีทอง ขึ้นมาได้เป็นรายแรกของโลก ข้าวพันธุ์นี้ดียังไง มันก็ดีตรงที่ในเมล็ดข้าว นอกจากมีสารอาหารคาร์โบไฮเดรตและอื่นๆ ที่มีอยู่ในข้าวโดยทั่วไปแล้วยังมีวิตามินเอเพิ่มเข้ามาด้วย และเพราะข้าวนี้สามารถสร้างวิตามินเอได้ มันจีงมีสีเหลืองสวยเหมือนทองเพราะว่าในกระบวนการที่สร้างวิตามินเอนี้ต้นข้าวต้องสร้าง beta carotene (มีสีเหลือง) ขึ้นมาก่อน ด้วย Recombinant DNA technology(การตัดต่อยีน)ยีนทั้งหลาย ที่ควบคุมหลายขั้นตอนในกระบวนการทางเคมีที่สร้าง beta carotene จากแบคทีเรีย Erwinia และ ต้น daffodils ก็ได้ถูกใส่เข้าไปในต้นข้าว


5. Round-up ยาฆ่าแมลงแบบฉลาด


   Roundup เป็นชื่อของยาฆ่าหญ้า ที่บริษัท Monsanto ผลิตออกจำหน่าย มันมีประสิทธิภาพมาก จะถูกดูดซึมเข้าทางใบ และจะถูกลำเลียง ไปทุกส่วนรวมทั้งรากด้วย ประสิทธิภาพดีขนาดเหมาะ กับที่คนไทยเรียกได้ว่า "ฆ่าถอนรากถอนโคน" ยาฆ่าหญ้าชนิดนี้มีสารที่สำคัญคือ Glyphosate ซึ่งถูกค้นพบว่ามีผลฆ่าหญ้าอย่างไม่เลือกชนิดเมื่อปี 1970 โดยนักวิทยาศาสตร์ชื่อ Ernest Kaworski ซึ่งทำงานอยู่ที่ Monsanto และในปี 1972 เขาก็ได้ค้นพบว่าปฏิกิริยาหลักของสารนี้ ก็คือป้องกันการทำงานของเอ็นไซม์ enolpyruvylshikimate phosphate synthase (EPSP)ที่ทำหน้าที่ผลิต chorismate ซึ่งเป็นวัตถุดิบในการผลิต amino acid ที่ชื่อว่า phenylalanine, tyrosine, and trytophan (amino acid คือส่วนประกอบที่สำคัญในการสร้างโปรตีน มีทั้งหมด 20 ชนิด) สัตว์จะมีวิธีการอื่นที่จะสร้าง amino acid เพราะฉะนั้น Roundup จึงไม่เป็นอันตรายต่อเรา หลังจากฆ่าหญ้าแล้ว Glyphosate จะย่อยสลายกลายเป็น คาร์บอนไดออกไซด์และกรด phosphonic ซึ่งเป็นสารที่ไม่อันตรายแต่อย่างใด รูปด้านล่างแสดงต้นคาโนลา (ใช้ทำน้ำมัน) รอบล้อมด้วยวัชพืชทั้งหลาย ก่อนฉีดด้านซ้ายและหลังฉีดด้วย Roundup ด้านล่าง
 

ข้อเสียและปัญหา

ปัญหาที่เผชิญ

   ขอกล่าวถึงปัญหาที่มีอยู่และที่อาจจะพบ การทดลองต่างๆเพื่อหาคำตอบของปัญหานั้น ยังไม่ได้ผลแน่ชัด หรือไม่ก็ยังไม่มีการทดลองเรื่องนั้น ส่วนปัญหาด้านมนุษยธรรมที่ร้ายแรงนั้นก็ยังเป็นเพียงแค่การคาดเดา เท่านั้น ผู้เขียนจึงขอใช้คำว่า "อาจจะ"


1. อาจจะมีอันตรายโดยตรง


    ตัวอย่างที่อาจจะเห็นได้ในข้อนี้ก็คือ Bt Toxin เพราะสมัยก่อนถึงแม้พืชจะได้รับการพ่นสารเคมีนี้ หากแต่เราสามารถที่จะล้างออกไปได้ แต่เมื่อต้นไม้สามารถสร้าง สารเคมีอันนี้ได้เอง เราจะต้องบริโภคสารเคมีนี้ลงไปด้วยโดยอัตโนมัติ เพราะฉะนั้นปริมาณของสารนี้ในร่างกายก็จะมากขึ้น ได้มีการทดลองหลายอันที่จะตอบคำถามนี้ แต่ที่ได้รับการพูดถึงกันมากก็คือการทดลองที่ใช้ Monarch Butterfly และ พบว่าเมื่อผีเสื้อชนิดนี้บริโภคละอองเรณูจากต้นไม้ ที่สามารถสร้าง Bt toxin ได้จะทำให้มีจำนวนลดน้อยลง หลักการทำงานของสารเคมีนี้ก็คือมันจะจับกับ สารจำเพาะที่อยู่ในช่องท้องของแมลง แต่ถึงแม้ว่า จะมีการต่อต้านกันทั่วไป หากต้นไม้สารพัดนึกนี้ ก็ได้เป็นที่ยอมรับเป็นอย่างดีในหมู่ชาวเกษตรกร ในประเทศสหรัฐอเมริกา (รัฐบาลได้อนุญาติให้ปลูกได้)


2. อาจจะไม่คุ้มทุน


    ข้อที่น่าคิดข้อต่อไปคือ ถ้าพืชที่เราปลูกต่างก็มี Bt toxin ในเวลาไม่นานแมลงต่าง ๆ จะ สามารถที่จะ สร้าง resistance (หรือดื้อ) ต่อ Bt toxin นี้ (สร้าง resistance เป็นขบวนการอย่างหนึ่งที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ เพราะความที่ ดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา เมื่อสิ่งมีชีวิตได้ เผชิญกับภาวะบางอย่างที่เป็นอันตราย เช่นยาฆ่าแมลงในที่นี้ สิ่งมีชีวิตที่ไม่พร้อมที่จะอยู่ในภาวะนั้นจะถูกกำจัด หากสิ่งมีชีวิตที่มีดีเอ็นเอที่ปลี่ยนแปลงไป ทำให้อยู่ในภาวะอย่างนั้นได้ ก็จะสามารถแพร่พันธุ์ต่อไป ขอย้ำว่าการดื้อยานี้ เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นเสมอในธรรมชาติ ซึ่งเป็นตัวอย่างหนึ่งที่ทำให้เรารู้ว่า ดีเอ็นเอนั้นเป็นสิ่งที่มีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาไม่ใช่อยู่นิ่ง ๆ อย่างที่เรานึกถึง) และถ้าหากแมลงที่สามารถทำลายสารเคมีที่อยู่ใน transgenic plants แพร่พันธุ์ต่อไปเรื่อย ๆ ปัญหานี้มิได้เกิดขึ้นเฉพาะใน จีเอ็มโอเท่านั้น หากเกิดขึ้นในแมลงศัตรูพืชต่าง ๆ ที่โดนฉีดด้วยสารเคมีกำจัดศัตรูพืชอยู่เป็นเวลานาน ทำให้ค้องศึกษากันใหม่ ลงทุนกันใหม่ และไม่คุ้มทุน


    ปัญหาที่พบอีกอย่างก็คือ พืชที่ได้รับการเปลี่ยนแปลงนี้สามารถเพาะปลูกได้เฉพาะที่เท่านั้น หากนำไปปลูกในภูมิอากาศที่แตกต่าง กันไปจะให้ผลที่ไม่คุ้มค่า และบางครั้งยังมีพบว่า GMO ยังให้ผลผลิตที่ต่ำกว่าสายพันธุ์ปกติ แต่อย่างไรก็ตามการทดลองและการวัดค่ายังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่


3. (อาจจะ)มีบริษัทยักษ์ใหญ่เป็นเจ้าของไม่กี่บริษัท (มีการคว้าจากภาครัฐเช่นกัน)

    ขอยกตัวอย่าง Round-up ยาฆ่าแมลงแบบฉลาด ฟังๆ ดูก็ท่าทางว่าจะเป็นยาฆ่าแมลงที่ดี และไม่เห็นจะเกี่ยวกับ จีเอ็มโอตรงไหน แต่อย่าเลื่อนสายตาไปไหน อ่านต่อถึงจะรู้.... หลังจากที่ Roundup ได้เริ่มวางตลาดและเป็นที่แพร่หลาย ขายในหลายประเทศในชื่อที่ต่างกันไปแล้ว Monsanto ก็มีความคิดดีขึ้นมาอีกว่า ตอนนี้ Roundup ก็เป็นที่แพร่หลาย วิธีการใช้ก็แสนง่ายเพียงแต่ระวังไม่ให้ สารฆ่าหญ้าไปโดนกับต้นไม้ที่ไม่ใช่วัชชพืช ถ้าเราผลิตเมล็ดพันธุ์พืชผักชนิดต่าง ๆ ที่ไม่มีผลกระทบเมื่อโดนฉีดด้วย Roundup ก็จะเป็นการดีเป็นอย่างยิ่ง และนั่นก็เป็นสิ่งที่ Monsanto ผลิตออกมาเมื่อปี 1996 เมล็ดพันธ์ที่มียีน EPSP ที่ได้รับการเปลี่ยนแปลงโดยที่ไม่สามารถถูกบล๊อกโดยสาร Glyphosate ได้ ทั้งนี้ทั้งนั้นฟังดูก็เข้าทีแต่หากจะคิดเข้าไปอีกนิด จะเห็นได้ว่า เป็นการผูกตลาดของ Monsanto ซึ่งอาจจะมีผลให้เกษตรกรรายย่อยไม่สามารถที่จะแข่งขันกับเกษตรกรรายใหญ่ และล้มละลายไปได้ แล้วทำกิจการอย่างนี้ ethical (มีมนุษยธรรม) แค่ไหน?



    อีกตัวอย่างคือ เมล็ดพันธุ์เป็นหมัน ฟังดูก็อาจจะยังงง เมล็ดพันธุ์เป็นหมันนี้ เป็นเมล็ดพืชผักที่ถูกเปลี่ยนแปลงทางสารพันธุกรรมโดยวิธีที่เรียกเป็นรวม ๆ ว่า Terminator technology เมล็ดผักเป็นหมันนี้ส่วนมากจะผลิตโดยบริษัท Biotechnology ใหญ่ ๆ เพราะต้องใช้ทุนสูงมากในการศึกษาค้นคว้า ที่จะสามารถทำให้ผักชนิดนี้โตได้ตามปกติ หรือดีขึ้นไปอีกหากแต่พืชเหล่านี้ จะสร้างเมล็ดที่เป็นหมัน ซึ่งหมายถึงเมล็ดที่ไม่สามารถสร้าง ต้นไม้รุ่นต่อไปได้ เพราะมียีนที่ถูกใส่เข้าไปเพื่อโปรแกรม ให้เซลล์ตายได้ เมื่อผ่านการสร้างเมล็ด (embryogenesis) แผนภาพสรุปให้เห็นอย่างคร่าวๆ ทั้งนี้ทั้งนั้นผลกระทบเกี่ยวกับ terminator เทคโนโลยีก็จะมีน้อยกว่าสำหรับ เกษตรกรรายใหญ่ ที่มีเงินทุนซื้อเมล็ดพันธุ์พืชได้ทุกฤดูปลูก หากเกษตรกรรายย่อย ที่มีเงินทุนน้อย จะถูกผลกระทบมากว่า เพราะว่าเพื่อที่จะไม่ต้องซื้อเมล็ดพันธุ์บ่อย ๆ เกษตรกรจะซื้อมาหนึ่งครั้งแล้วเก็บเอาเมล็ดที่ได้จากรุ่นนั้น มาเป็นเมล็ดพันธุ์ของรุ่นต่อไป แต่เพราะ Terminator เทคโนโลยีเกษตรกรก็ไม่สามารถทำได้อีกต่อไป โปรดอย่าลืมว่าที่ Green Revolution ประสบความสำเร็จได้ก็เพราะว่าเกษตรกรสามารถเลือกสายพันธุ์ด้วยตัวเองได้ จากเมล็ดพันธุ์ของตัวเอง และจากของเพื่อนบ้าน


    อีกอย่างคือ ต้นทุนที่ต่ำลง ก็ใช่แน่ว่าจะทำให้เกษตรกรมีรายได้ที่เพิ่มขึ้น นี่อาจจะหลายถึงราคาผลผลิตต่ำลงด้วย และกำไรโดยร่วมลดลง ทำให้เขาไม่สามารถแข่งขันกับบริษัทใหญ่ๆ ได้


    มีแต่ศูนย์วิจัยของรัฐเท่านั้น ที่สนใจค้นคว้าพืชเพื่อผู้หิวโหย ส่วนบริษัทใหญ่ๆนั้นเน้นเฉพาะพืชอุตสาหกรรม ผิดวัตถุประสงค์ที่หลายคนอยากให้ GMO แก้ปัญหาความอดอยาก


4. อาจจะเป็นอันตรายกับสายพันธุ์ธรรมชาติ


    ตัวอย่างที่เห็นชัดในข้อนี้ก็คือ ปลาเซลมอลยักษ์ ปลาแปลงพันธุ์นี้ไม่ได้ถูกโจมตีมากในแง่ของอันตราย ในการบริโภคเพราะยีนที่เอามาใส่นั้นมีต้นกำเนิด มาจากปลาซึ่งเป็นสัตว์ประเภทเดียวกัน หากแต่มีการถกเถียงกันมากถึงผลร้ายที่อาจจะเกิดขึ้น ต่อสมดุลธรรมชาติหากปลานี้ถูกปล่อยออกไป เนื่องจากปลาแปลงพันธุ์นี้โตกว่าปลาที่ไม่มีการแปลงพันธุ์เป็นอย่างมาก ถึงแม้ว่าจุดประสงค์ใหญ่ที่สร้างปลานี้ขึ้นมา ก็เพื่อป้อนบริษัทเลี้ยงปลาในบ่อเทียม หากแต่ว่าถ้าปลาพวกนี้หลุดออกไปจากบ่อโดยอุบัติเหตุแล้ว จะมีผลกระทบกับปลาชนิดนี้ที่อยู่ในธรรมชาติ และไม่ถูกแปลงพันธุ์ ขณะนี้เรายังไม่สามารถตอบคำถามนี้ได้อย่างแน่นอน เพราะว่า นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาต่างก็ได้คำตอบที่แตกต่างกันออกไป


    หรืออืกตัวอย่างหนึ่งก็คือเมล็ดพันธุ์แบบฉลาดที่กล่าวใว้ข้างบน ที่ถูกโจมตีเป็นอย่างมาก เพราะว่า ถ้าหากแมลงนำละอองเกสรจากต้นพืชนี้ไปผสมกับพืชในไร่ข้าง ๆ ที่ไม่ผ่าน Terminator เทคโนโลยี พืชรุ่นต่อไปบางส่วนจะกลายเป็นหมันไปได้ เจ้าของไร่ข้าง ๆ ก็จะไม่ชอบใจเท่าไหร่ แต่หากบริษัทเมล็ดพันธุ์ก็ออกมาต้อแย้งว่า เมล็ดพันธุ์ที่สร้างออกมาจำหน่ายนั้นจะ เป็นเฉพาะพวกที่ต้อง self-fertilization (ในดอกจะมีเกสรตัวผู้และตัวเมีย ผสมข้ามดอกไม่ได้ หรือยากมาก)เท่านั้น แต่ยังไงก็ไม่สามารถการันตีได้ 100% ว่าการผสมระหว่างต้นจะไม่เกิดขึ้น


    หลายคนสงสัยว่า แล้วทำไมไม่ใช้วิทยาศาสตร์ทดลอง เพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ให้หมดไป บทต่อไปผู้เขียนจะมาบอกว่า ทำไมวิทยาศาสตร์แก้ปัญหานี้ไม่ได้ และไม่สามารถให้คำตอบแบบ ใช่-ไม่ใช่ หรือ ดี-ไม่ดี ได้

วิทยศาสตร์ ไม่สามารถให้คำตอบได้

    หากอ่านข้อมูลที่กล่าวมาโดยละเอียด ผู้เขียนเห็นว่าวิทยาศาสตร์ไม่สามารถแก้ปัญหานี้ได้ ในขณะนี้ และในอนาคตอันใกล้(อย่างน้อย 5 ปี) การถกเถียงหลายครั้งที่ผ่านเน้นที่ตัววิทยศาสตร์ และเทคโนโลยีที่ใช้ พร้อมกับพยายามถกเถียงเรื่องอันตรายจาก GMO สิ่งเหล่านี้ทำให้หลายคนมองข้ามประเด็นสำคัญไป ขณะนี้เราไม่ได้เผขิญกับ อันตราย แต่กำลังเผชิญกับ ความไม่แน่นอน เพราะวิทยาศาสตร์ไม่สามารถสรุปได้ ว่าการใช้ GMO จะส่งผลอย่างไรบ้าง ดังนั้นเราจะพูดถึงคำว่าอันตรายไม่ได้ทีเดียวนัก ปัญหาที่เกิดขึ้นเป็นปัญหาทางด้าน มนุษยธรรม และวัฒนธรรมความเคยชิน เสียมากกว่า ผู้เขียนขอบรรยายว่า ทำไมวิทยศาสตร์ ตอบปัญหาไม่ได้


1. การทดลองไม่สามารถทำซ้ำได้


    จากข้อมูลที่ได้เขียนใว้ จะพบว่าการผลิต GMO ในวงการอุตสหกรรมนั้น เป็นแบบ Hit and Miss ซึ่งก็คือผลที่ได้จะไม่สามารถทำซ้ำได้เหมือนเดิม ซึ่งส่วนนี้จะทำให้ผลการทดลองที่ได้มา เชื่อถือไม่ได้


2. มีองค์ประกอบหลายอย่าง ในชีวิตจริง


    การทดลองปลูกต้นไม้ GMO ในไร่ใหญ่ๆเพื่อทำการศึกษา ก็ไม่สามารถให้คำตอบได้เช่นกัน เพราะระยะเวลาเก็บผลการทดลองนั้นสั้น และมีปัจจัยหลายอย่างเกี่ยวข้อง ซึ่งในแต่ละปัจจัยก็ขึ้นอยู่กับท้องที่ เช่น นก แมลง หนู.... และที่แน่ๆคือ ไร่การทดลองนั้น ย่อมไม่เหมือนการปลูกในชีวิตจริง หรือการทำเป็นอุตสาหกรรมได้ ขอย้ำว่า การทดลองนั้น เน้นที่ปัจจัยหนึ่งปัจจัยใดเท่านั้น โดยพยายามหาวิธีทดลองที่ตัดปัจจัยอื่นออกไปได้ แต่ชีวิตจริงนั้น ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบมากมาย


3. การทดลองเพื่อให้ได้ผลแน่นอนนั้น ช้า ไม่ทันใจภาคธุรกิจ


    หากรัฐบาลจะต้องตัดสินใจ ว่าจะเดินหน้าต่อไปกับ GMO หรือไม่ โดยรอผลการทดลองด้านวิทยาศาสตร์ อาจจะต้องรออีก 10 ปีข้างหน้า การทดลองเพื่อสรุปผลนั้น จะต้องปราณีต รอบคอบ และไม่รีบร้อน แต่มีหลายคนพยายามใช้ผลการทดลองมาอ้างอิง เพื่อตัดสินใจวันนี้วันพรุ่งนี้ ซึ่งเป็นไปไม่ได้


4. การทดลองเล็กๆ แต่หากได้ผลชัด จะได้รับความสนใจมาก


   ขอยกตัวอย่างเพื่ออธิบายข้อนี้ เมื่อต้นปี 2543, Arpad Pusztai ได้ทดลองพบว่า หัวมันฝรั่งที่เปลี่ยนแปลงพันธุกรรม มีอันตรายกับหนู ข่าวนี้โด่งดังมาก ได้รับความสนใจ แต่เกือบทุกคนไม่ได้สนใจว่า เขาทดลองอย่างไร !! การที่ให้หนูกินแต่มันฝรั่งล้วนๆ และกินได้น้อย จะทำให้หนูขาดสารอาหารอยู่แล้ว ทั้งกลุ่มควบคุมและกลุ่มทดลอง ไม่มีทางสรุปผลได้ จะให้หนูกินอย่างอื่นด้วยก็ไม่ได้ เพราะจะมีตัวแปรหลายตัวเกินไป


5.ผลกระทบต่อธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม ใช้เวลานานกว่าจะรู้


   ยังไม่มีอะไรเป็นหลักฐานยืนยันว่ามันอันตรายจริง แต่ไม่ได้หมายความว่า การไม่พบหลักฐานเป็นการยืนยันว่าไม่มีอันตราย ผู้เขียนเชื่อว่ากว่าจะศึกษาผลกระทบได้ทั้งหมดแน่นอน จะใช้เวลานานมาก


6. เราไม่รู้ว่าเราไม่รู้


    อาจจะงงสักนิด แต่หลายท่านคงจำกรณีสาร CFC ได้ ขณะที่มีการใช้ในวงการอุตสาหกรรม อย่างกว้างขวาง ไม่มีใครรู้มาก่อนเลยว่า สารCFC จะทำลายโอโซนในชั้นบรรยากาศ หลายคนมองว่า GMO อาจจะเป็นเช่นเดียวกัน เราอาจจะไม่รู้ว่าเราไม่รู้ !! เรากลัววิกฤตการณ์ที่อาจจะเกิดได้ในอนาคต !!


7. ตัววิทยาศาสตร์เองไม่ได้รับความเชื่อถือ


    ทำไมยุโรปถึงได้ต่อต้าน GMO กันนัก นอกจากว่าพวกเขามีอันจะกิน ไม่รีบร้อนที่จะพึ่งพาเทคโนโลยีนี้ อีกสาเหตก็คือกรณี BSE หรือ โรควัวบ้า ที่ยังคงจำกันได้ ก่อนหน้านี้มีแต่นักวิทยศาสตร์บอกว่า โอกาสจะเกิดขึ้นน้อยมาก หรือ ไม่มีเลย หรือพูดว่า "ยังไม่มีอะไรชี้ว่าจะเป็นอันตราย" เหตการณ์นี้ทำให้ประชาชนขาดความเชื่อถือวิทยศาสตร์ และขาดความเชื่อถือที่นักวิทยศาสตร์จะให้ข้อมูลที่ถูกต้อง พร้อมกับไม่เชื่อว่าวิทยาศาสตร์จะป้องกันอันตรายที่อาจจะเกิดขึ้นได้

ส่งท้าย

   ผู้เขียนมั่นใจว่าประโยชน์ที่จะได้รับจาก GMO นั้นมีอย่างแน่นอนและเห็นได้ชัด ติดอยู่ที่ว่าจะนำมาใช้อย่างไร และจะทำอย่างไรให้เทคโนโลยีตัวนี้กระจายสู่ ประชากรผู้หิวโหยได้อย่างทั่วถึง ขอย้ำอีกครั้งว่าปัญหาที่เรากำลังเผชิญ ไม่ใช่อันตราย แต่เป็นความไม่แน่นอนของผลกระทบที่ยังไม่เกิดขึ้น เรากำลังต้องตัดสินอยู่บนความไม่แน่นอน โดยใช้หลักมนุษยธรรม ตัวผู้เขียนเองก็ไม่ใช่ผู้วางแผนนโยบายของประเทศ หรือ นักวิทยาศาสตร์ผู้มีส่วนตัดสินใจ หากแต่อยากเสนอแนะแนวทางที่เห็นว่า หากทำแล้วจะยังมาซึ่งประโยชน์ต่อส่วนรวม


ยกเลิกเมล็ดพันธุ์เป็นหมัน

    ถึงแม้การกระทำอันนี้จะทำให้บริษัทเจ้าของควบคุมและเป็นเจ้าของ แต่อย่าลืมว่านี่เป็นข้อจำกัดต่อเกษตรกรที่ยากจน ที่ไม่สามารถเข้าซื้อเมล็ดพันธุ์ได้ทุกปี Green Revolution ครั้งแรก สำเร็จลงได้ก็เพราะเกษตรกรเก็บเมล็ดพันธุ์ที่ดีที่สุดใว้ และนำมาปลูก เหมือนกับการคัดเลือกพันธุ์ไปในตัวในระยะเวลาที่นาน โดยบริษัทอาจจะใช้ Plant Variaty Protection (PVP) เพื่อป้องกันพืชที่บริษัทค้นคว้ามาได้ แต่ว่าอาจจะให้พืชเป็น Hybrid โดยเมล็ดที่ออกมา เปลี่ยนไปจากพันธุ์เดิมบ้าง เกษตรกรที่อยากซื้อก็ยังซื้อเมล็ดมาปลูกได้ หากซื้อไม่ได้ก็นำเมล็ด (ที่ไม่ค่อยเหมือนพันธุ์เดิม) นี้มาปลูกต่อ


มีการให้ประโยชน์ต่อเจ้าของพันธุ์พืชที่นำมาดัดแปลง เช่นข้าวหอมมะลิของไทยที่โด่งดัง หากมีการนำมาปรับปรุงพัฒนาพันธุ์ ต้องกำหนดว่าให้ผลประโยชน์กับไทยด้วย หากทำเช่นนี้ก็จะได้รับความร่วมมือจากประเทศกำลังพัฒนามากขึ้น เพราะทรัพยากรชีวภาพส่วนใหญ่ อยู่ในประเทศกำลังพัฒนา


ไม่ใช้ความกลัวในการตัดสินปัญหาโดยรวม ผู้เขียนได้ยกตัวอย่างของ GMO ให้เห็นหลายตัวอย่าง จะเห็นได้ชัดว่าแต่ละอย่างมีผลประโยชน์และต้องการการควบคุมที่ต่างกันไป หากเราจะมาพูดถึง ผลกระทบโดยรวมนั้นคงยาก เราอาจจะต้องตัดสินการใช้ GMO แต่ละอย่างแต่ละชนิดแตกต่างกันไป การทดลองการควบคุมต้องมีการวางแผนที่ดี และแตกต่างกันไปตามแต่ชนิด


ประชาชนต้องรับรู้สิ่งที่เขาบริโภค นั่นคือต้องมีการติดฉลากบอกประชาให้แน่ชัดว่า ผลผลิตนั้นมี GMO รวมอยู่ด้วยหรือไม่ เท่าที่จะทำได้ (การตรวจวัด GMO ที่ปะปนมาในรูปแบบต่างๆ นั้นยุ่งยาก)


    เกษรตรกรรมในภายภาคหน้า ต้องให้ผลตอบแทนที่มากกว่าเดิม และจะต้องเป็นพิษเป็นภัยน้อยกว่าเดิม ผู้เขียนเชื่อว่า GMO เป็นทางออกแก่เกษตรกรผู้ยากจนในตอนนี้ แต่ทั้งผู้สนับสนุนและผู้คัดค้านทั้งสองฝ่าย กำลังสาดโคลนใส่กัน เหมือนข่าวที่ออกมามากในช่วงที่ผ่านมา เราต้องหาทางเจรจากันด้วยเหตผล และจะต้องมีความร่วมมือระหว่างประเทศ เราต้องให้ความสำคัญกับทุกๆฝ่าย และขอย้ำอีกทีว่าอยากจะให้คิดถึงคนอื่น ที่ด้อยโอกาสกว่าเรา ที่ไม่มีสิทธิได้ออกความคิดเห็นในหัวข้อเรื่องนี้ หากแต่อาจเป็นพวกที่จะได้รับประโยชน์มากที่สุด จากจีเอ็มโอ หากแต่การทดลองที่รัดกุมรอบคอบเพื่อที่จะป้องกันการสูญพันธุ์ของสิ่งมีชิตต่าง ๆ ในธรรมชาติก็ต้องมีการดำเนินงานควบคู่กันไป ด้วยความร่วมมือที่ดีจากทุกฝ่าย

ขอขอบคุณ


Vteam ที่ให้โอกาสและใจเย็นมาก ๆ เลย ขอบคุณพี่วิยดา ที่ UC Davis และ วิศิษฐ์ สิงห์สมโรจน์ ที่ Brown สำหรับ proofread และบุญฤทธิ์ อินทิยศ ที่ Arizona สำหรับความช่วยเหลือทางคอมพิวเตอร์ ขอบคุณเพื่อนๆ ใน Genetics journal Club, Genetic Graduate Group, UCDavis สำหรับ discussion เกี่ยวกับ จีเอ็มโอที่ผ่านมา





สมพิศ สามิภักดิ์


Email: sompid@vcharkarn.com


พิเชษฐ กิจธารา


Email : piew@vcharkarn.com





เอกสารอ้างอิง


-The site for hungry people : เป็นเวปไซท์ที่สร้างชึ้นมาเพื่อผู้หิวโหยทั่วโลก ฝากให้ท่านเข้าไปคลิกกันวันละครั้ง 1 คลิกคือ 1 มื้อ


- National Academies, Beyond Discovery, Designer seeds : การพัฒนา Biotechnology จากอดีตถึงปัจจุบัน


- World Hunger : เวปไซท์ที่มุ่งให้ข้อมูลที่ถูกต้องเกี่ยวกับภาวะขาดอาหารของโลก


- Time megazine July 31,2000, Science section: Grains of hope.


- Service, R.F. (1998).Plant Biotechnilogy: Seed-Sterilizing 'Terminator Technology' Sows Discord. Science. 282(5390):850.


- Hokanson, S.C.; Hancock, J.F.; and Grumet, R. (1997). Direct comparison of pollen-mediated movement of native and engineered genes. Euphytica, 96(3):397-403.


- Muir W.M. and Howard, R.D. (1999). Possible ecological risks of transgenic organism release when transgenes affect mating success: Sexual selection and the Trojan gene hypothesis. PNAS, 96(24):13853-13856.


- Relchhardt, T. (2000). News feature: Will souped up salmon sink or swim?. Nature, 406: 10-12.


- Plant biotechnology:Food and feed section, Science, 285(5426):367-375.


- William, G.M.; Kroes, R.; Munro, I.C. (2000) Safety evaluation and risk assess,end of the herbicide Roundup and its active ingredient, glyphosate, for humans. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 31(2)part 1:117-165.


- Genetics by Russell, P.J. Published by Addison Wesley Pub Co Inc 1997.
 


ประวัติย่อของความโน้มถ่วง ปฐมบท: ตอนที่ 1

ผู้เขียน: ดร. ปิยบุตร บุรีคำ

ปฐมบท

    ในปีคริสตศักราชที่ 1684 โลกได้รับรู้ถึง "กฏแปรผกผันกำลังสอง" (inverse-square law) เป็นครั้งแรกในผลงานชื่อ De Motu Corporum[1] ของนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษนาม ไอแซค นิวตัน (Issac Newton) ซึ่งประสบความสำเร็จในการอธิบายกฏการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ทั้งสามข้อของเคปเลอร์ (Johannes Kepler) โดยการเสนอว่ามีแรงที่แปรผกผันกับระยะทางกำลังสองกระทำระหว่างวัตถุใดๆสองก้อน นิวตันขยายผลต่อไปและเสนอ "กฏแห่งความโน้มถ่วงสากล" (universal law of gravitation) และ กฏการเคลื่อนที่ทั้งสามข้อ (universal laws of motion) ในผลงานที่เป็นอมตะ Philosophiae Naturalis Principia Mathematica[2](รู้จักกันในชื่อ Principia) ซึ่งตีพิมพ์ในวันที่ 5 กรกฎาคม ปี ค.ศ. 1687

    เรื่องราวเกี่ยวกับแรงบันดาลใจที่แท้จริงของนิวตันในการครุ่นคิดเกี่ยวกับความโน้มถ่วงที่เป็นที่นิยมมากที่สุดก็คือ คำบอกเล่าที่ว่านิวตันเกิดความรู้แจ้งโดยฉับพลันเมื่อสังเกตเห็นผลแอปเปิ้ลบนต้นในสวนที่บ้านตกลงสู่พื้นดิน กระต่ายตื่นตูมในนิทานของอิสปอาจจะโวยวายว่าโลกจะถึงกาลอวสานเมื่อได้ยินผลไม้ตกสู่พื้นเหมือนผู้คนที่อยู่ในมิจฉาทิฐิที่เลือกที่จะกราบไหว้สิ่งที่ตนเองไม่เข้าใจและเลือกที่จะบอกว่ามันคือสิ่งเหนือธรรมชาติ แต่นิวตันกลับตั้งคำถามอย่างเป็นระบบที่นำเราไปสู่ความจริงที่น่าฉงนฉงายที่สุดอันหนึ่งในธรรมชาติ นั่นคือ ความจริงแห่งความโน้มถ่วง ประวัติแห่งความโน้มถ่วงของมนุษยชาติโดยแท้จริงแล้วจึงแยกไม่ออกจากการต่อสู้กับความไม่รู้และความงมงายที่ครอบงำจิตใจของมนุษย์เรามานานนม

49297
หน้าปกของ “คัมภีร์” Principia

ยุคอริสโตเติล (Aristotle)

    นักปราชญ์ชาวกรีกผู้นี้เป็นผู้ที่เสนอปรัชญาธรรมชาติหรืออภิปรัชญา (Metaphysics) ในแบบที่เชื่อว่าทุกสิ่งมีสัจจะ (essences) ที่เหมือนกันซ่อนอยู่และจะเข้าถึงได้ด้วยกระบวนการคิดที่เป็นตรรกกะ ด้วยเหตุและผล อริสโตเติลพยายามอธิบายสิ่งทั้งหลายทั้งปวงด้วย ความคิด (ideas) พื้นฐานชุดหนึ่งๆ เขาเชื่อว่า สิ่งทั้งหลายประกอบมาจาก ธาตุ (elements) ทั้ง 5 คือ ดิน น้ำ ลม ไฟ (ที่ประกอบเป็นสสารบนโลก) และ อีเทอร์ (ที่ประกอบเป็นดวงดาวและท้องฟ้าในโลกแห่งสวรรค์) ปรากฏการณ์ต่างๆในธรรมชาติล้วนเป็นดั่งการเริงระบำที่สอดคล้องของธาตุเหล่านี้ อริสโตเติลจึงเป็นผู้บุกเบิกในการพยายามคาดเดาการทำงานของธรรมชาติโดยการสร้างแบบจำลองที่อธิบายการดำเนินไปของสิ่งต่างๆด้วยเหตุและผล

49298



    แบบจำลองหรือคำอธิบายของอริสโตเติลมีความเป็นวิทยาศาสตร์อยู่บ้างแต่ไม่ใช่ทั้งหมด ในขณะที่เขาสร้างคำอธิบายสิ่งต่างๆโดยใช้การสังเกตอย่างเป็นระบบระเบียบและใช้แบบจำลองธาตุทั้งสี่ของตัวเอง เขากลับไม่เห็นความจำเป็นของการทดลองเพื่อทดสอบความคิดต่างๆเหล่านั้น "ความจริง" หลายๆอย่างของอริสโตเติลจึงเป็นเพียงการคาดเดาจากการสังเกตที่ไม่ได้มีการควบคุมตัวแปรปัจจัยที่ดีพอ นำไปสู่ความเข้าใจผิดๆที่คงอยู่นานนับพันปี
   จากการสังเกตการตกของใบไม้และขนนกและความรู้สึกที่มีเมื่อเราถือของหนัก อริสโตเติลสรุปว่า ของที่หนักกว่าย่อมตกสู่พื้นเร็วกว่าของที่เบากว่า ประกอบกับความจริงที่ว่าในสมัยนั้นไม่มีอุปกรณ์การวัดเวลาที่เชื่อถือได้ ความเชื่อนี้ได้รับการเชื่อถือโดยไม่มีการทดลองพิสูจน์อย่างเป็นระบบมาเป็นเวลานับพันปี ไม่เพียงแค่ความเชื่อเกี่ยวกับการตกของวัตถุเท่านั้นที่ความคิดของอริสโตเติลเฝ้าหลอกหลอนมนุษยชาติมาชั่วนาตาปี ความคิดคาดเดาจากการสังเกตโดยทึกทักเอาว่าทุกสิ่งทุกอย่างบนท้องฟ้าต้องโคจรรอบโลกเพียงเพราะมันปรากฏเช่นนั้นก็ทำให้ศาสนจักรโรมันคาทอลิกบัญญัติเป็นความจริงไว้เลยว่า เพราะพระเจ้าสร้างโลก โลกจึงต้องเป็นศูนย์กลางของเอกภพ ยิ่งไปกว่านี้ คงไม่เป็นการจำเป็นที่จะต้องพูดถึงความเข้าใจผิดๆที่ทำให้เราคิดว่าโลกแบน เพียงเพราะมันปรากฏเหมือนแบน

49302
เอกภพที่เชื่อกันในอดีตกาล



     บทเรียนที่สำคัญคือความจริงหรือสัจจะที่แม้ว่าจะดูถูกต้องสมบูรณ์เพียงใดก็มักจะเป็นเพียง การประมาณของความจริงที่จริงแท้ยิ่งกว่า (approximation of the truth) และการทดลองที่เป็นระบบและมีความแม่นยำเท่านั้นที่จะบอกเราว่าเมื่อไหร่เราต้องเปลี่ยนภาพความเข้าใจหรือแบบจำลองแห่ง "ความจริง" ของเราไปสู่แบบจำลองใหม่ๆ
 

แบบจำลองของโคเปอร์นิคัส (Copernicus)

    การสังเกตที่แม่นยำขึ้นที่เป็นผลมาจากพัฒนาการทางเทคโนโลยี่ที่ก้าวหน้าขึ้นทำให้นักดาราศาสตร์ในศตวรรษที่ 15-16 พบความยากลำบากในการใช้แบบจำลองที่ให้โลกเป็นศูนย์กลางของเอกภพในการอธิบายการเคลื่อนที่ของดวงดาวและดาวเคราะห์ที่ปรากฏต่อโลกแม้ว่าจะพยายามเพิ่มรายละเอียดประหลาดๆให้กับแบบจำลองนี้เท่าใด ผลการสังเกตก็ไม่สอดคล้องกับแบบจำลองที่โลกเป็นศูนย์กลาง คนในสมัยนั้นยังเชื่ออีกว่าการเคลื่อนที่ที่เป็นธรรมชาติที่สุดคือการเคลื่อนที่แบบวงกลม และให้เหตุผลว่าเพราะดวงดาวเป็นส่วนหนึ่งของสวรรค์ เหล่าเทพย่อมต้องมีกฏที่แตกต่างจากบนโลกมนุษย์ กฏการเคลื่อนที่ของวัตถุบนท้องฟ้า (celestial motions) จึงแตกต่างจากการเคลื่อนที่ของวัตถุบนผืนโลก (terrestrial motions) คำถามที่เราถามและดูเหมือนจะสนับสนุนคำอธิบายนี้คือทำไมดวงดาวจึงอยู่บนท้องฟ้าได้โดยไม่ตกลงมาเหมือนวัตถุบนโลก??? ทำไมดาวบางดวงจึงค้างฟ้าอยู่ได้และบางดวงจึงหายไป??

ปัญหาที่สำคัญที่สุดของการอธิบายการเคลื่อนที่ของดวงดาวแบบให้โลกเป็นศูนย์กลางก็คือปัญหาการเคลื่อนที่ย้อนกลับ (retrograde motion) ของดาวเคราะห์ เช่น ดาวอังคาร หรือ ปัญหาความแตกต่างระหว่างดาวศุกร์ที่จะเคลื่อนที่ไปในวงเล็กๆภายในมุม 47 องศาจากดวงอาทิตย์ในขณะที่ดาวอังคารสามารถเคลื่อนที่กวาดไปหมดท้องฟ้าในมุม 180 องศาจากดวงอาทิตย์ (ในเวลากลางคืน) ซึ่งเป็นความแตกต่างที่เป็นแรงบันดาลใจให้ชาวกรีกโบราณสร้างตำนานเกี่ยวกับเทพดวงดาวที่มีปัญหาร้อยพันต่างๆกัน เพื่ออธิบายลักษณะการเคลื่อนที่ที่ต่างกันเหล่านี้ ไม่เป็นที่น่าแปลกใจว่าปัญหาเหล่านี้เราไม่สามารถอธิบายให้เป็นที่พอใจได้โดยการมองว่าโลกเป็นศูนย์กลาง[3]

49303
การเคลื่อนที่ย้อนกลับของดาวอังคาร



49304
แผนภาพแสดงระยะปรากฏไกลสุดของดาวเคราะห์วงใน



    การเปลี่ยนมุมมองให้โลกและดาวเคราะห์ทั้งหลายโคจรรอบดวงอาทิตย์แทนที่จะเป็นโลกสามารถแก้ปัญหาสองข้อนี้ได้ในทันที ที่ดาวศุกร์และดาวพุธโคจรปรากฏในวงเล็กๆใกล้ดวงอาทิตย์ก็เป็นเพราะมันโคจรอยู่วงในที่ใกล้ดวงอาทิตย์กว่าโลก ส่วนดาวอังคาร ดาวพฤหัส และ ดาวเสาร์ (เห็นได้แค่นี้ในยุคของโคเปอร์นิคัส) จะสามารถปรากฏที่มุมมากกว่า 180 องศาจากดวงอาทิตย์เพราะมีวงโคจรที่อยู่ไกลจากดวงอาทิตย์มากกว่าโลก การเคลื่อนที่ย้อนกลับก็เป็นแค่ผลจากการเคลื่อนที่ปรากฏของวงโคจรที่โคจรไม่พร้อมกันเป็นวงสองวงรอบจุดศูนย์กลางเดียวกัน โดยการสังเกตมุมจากดวงอาทิตย์ที่ไกลที่สุดของดาวเคราะห์แต่ละดวง เราสามารถเรียงลำดับวงโคจรของดาวเคราะห์ต่างๆได้

49305



    แบบจำลองของโคเปอร์นิคัสประสบความสำเร็จในการอธิบายความจริงทางดาราศาสตร์ที่ท้าทายคำอธิบายมานานนับพันปีด้วยสมมติฐานที่แสนจะง่าย เพียงแค่เราเลิกงมงายกับความเชื่อที่แม้จะปรากฏว่าเป็นเช่นนั้นว่าทุกสิ่งเคลื่อนที่รอบโลก ไปเป็นดวงอาทิตย์ที่เป็นศูนย์กลาง กระนั้น รายละเอียดของวงโคจรของดาวเคราะห์ที่สมมติให้เป็นวงกลมสมบูรณ์ก็ไม่เข้ากับข้อมูลที่สนับสนุนวงโคจรที่มีความรี แน่นอนว่าวงโคจรที่เป็นวงกลมนั้นดูง่ายและสละสลวยกว่าวงรี ปัญหาก็คือธรรมชาติไม่ได้เลือกความสวยงามอย่างที่มนุษย์คิดเสมอ ความจริงแท้ที่ธรรมชาติใช้กำหนดวงโคจรต่างๆนั้นแท้จริงแล้วมีความงดงามและเรียบง่ายยิ่งกว่าความกลมเชิงเรขาคณิตมากนัก
 

เคปเลอร์, กาลิเลโอ (Galileo Galilei), และ นิวตัน

   โดยใช้ข้อมูลที่เพียรพยายามเก็บบันทึกโดย ไทโค บราห์ (Tycho Brahe) นักดาราศาสตร์ผู้สังเกตเห็นการระเบิดซูเปอร์โนวา (supernova)[4] ในปี ค.ศ. 1572 นักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมัน โยฮันส์ เคปเลอร์ ได้เพียรพยายามสร้างแบบจำลองการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์โดยใช้โลกเป็นศูนย์กลางที่สอดคล้องกับข้อมูลทั้งหมดที่มีอยู่ ในเบื้องต้นทางโคจรทั้งหมดเป็นวงกลมแต่เคปเลอร์พบว่ามีจุดสองจุดในข้อมูลของไทโคที่แบบจำลองเขาไม่สามารถอธิบายได้ เคปเลอร์ที่เป็นนักคณิตศาสตร์ทราบดีว่าการใช้วงรีเป็นวงโคจรสามารถอธิบายจุดข้อมูลทั้งหมดที่ไทโคบันทึกไว้ได้อย่างง่ายดาย เมื่อละทิ้งมิจฉาทิฐิที่ว่าวงโคจรของดวงดาวต้องเป็นวงกลมแล้ว เคปเลอร์ได้พบความจริงเกี่ยวกับวงโคจรเป็นความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ที่มีความแม่นยำอีกสองประการ เป็นกฏการเคลื่อนที่สามข้อของเคปเลอร์ (Kepler's three laws of planetary motion)

   กฏข้อที่หนึ่งกล่าวว่าวงโคจรของดาวเคราะห์เป็นวงรีที่มีดวงอาทิตย์เป็นจุดโฟกัสหนึ่ง[5] กฏข้อที่สองกล่าวว่าพื้นที่ที่วงโคจรกวาดไปต่อหนึ่งหน่วยเวลาเมื่อมองจากดวงอาทิตย์จะมีค่าคงที่ กฏข้อที่สามกล่าวว่า คาบของการเคลื่อนที่ยกกำลังสองแปรผันตรงกับระยะกึ่งแกนหลักของวงโคจรของดาวเคราะห์นั้นยกกำลังสาม กฏทั้งสามมีความแม่นยำสอดคล้องกับข้อมูลการสังเกตในเชิงปริมาณ หากแต่ได้ทิ้งคำถามที่น่าฉงนยิ่งกว่าว่าอะไรเป็นตัวกำหนดความสัมพันธ์เหล่านี้ อะไรเป็นตัวกำหนดการเคลื่อนที่ของเหล่าเทพบนท้องฟ้า?? ทำไมพื้นที่กวาดของวงโคจรจึงต้องคงที่?? ทำไมดาวเคราะห์จึงต้องโคจรรอบดวงอาทิตย์??

   กาลิเลโอ กาลิเลอี เกิดเมื่อปี ค.ศ. 1564 ที่เมืองปิซ่า (Pisa) ประเทศอิตาลี ได้รับการศึกษาทางคณิตศาสตร์จนแตกฉานและเป็นอาจารย์สอนที่มหาวิทยาลัยปาดัว (University of Padua) ในวิชาเรขาคณิต กลศาสตร์ และ ดาราศาสตร์ กาลิเลโอมีความสนใจในดาราศาสตร์และได้ประดิษฐ์กล้องดูดาวขึ้นใช้เองและพัฒนาจนสามารถใช้ค้นพบดวงจันทร์บริวาร 4 ดวงของดาวพฤหัสที่โคจรรอบดาวพฤหัส การค้นพบนี้ทำให้กาลิเลโอเชื่อว่าไม่ใช่ทุกสิ่งที่ต้องโคจรรอบโลกดังที่อริสโตเติลเชื่อและศาสนจักรโรมันคาทอลิกเอาไปบัญญัติเอาไว้ เขาเชื่อว่าโลกและดาวพฤหัสโคจรรอบดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ของแต่ละดาวเคราะห์ก็โคจรรอบดาวเคราะห์ดวงนั้นๆ กาลิเลโอยังประดิษฐ์ต้นแบบของกล้องจุลทรรศน์และยังได้ริเริ่มทำการทดลองที่มีการควบคุมปัจจัยอย่างดีเพื่อสร้างเป็นข้อสรุปองค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ นับเป็นผู้บุกเบิกวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ที่ต้องทำการทดลองพิสูจน์ให้แน่ชัด[6]

49306



   ความเป็นผู้รักความจริงของกาลิเลโอไม่ได้สร้างความสะดวกสบายให้เขานัก คนที่รักจะค้นหาความจริงและมุ่งมั่นตั้งปณิธานที่จะประกาศให้โลกรู้ย่อมต้องประสบกับภัยจากความงมงายที่ไม่สิ้นสุดจากผู้ที่ไม่รู้และปฏิเสธที่จะพิสูจน์ ผู้ไม่รู้ที่เถลิงอำนาจและใช้อำนาจในทุกวิถีทางเพื่อบีบบังคับให้คนเชื่อ คิดเห็นไปในทางเดียวกัน ผู้ไม่รู้ในอำนาจที่เลือกให้คนเชื่อฟังสิ่งผิดๆมากกว่าจะเลือกให้คนเสาะหาความจริง กาลิเลโอถูกคุมขังอยู่ในบ้านจนกระทั่งเสียชีวิตในช่วงบั้นปลายของชีวิตหลังจากที่เขาตีพิมพ์หนังสือ Dialogue Concerning the Two Chief World Systems (แปลว่า "บทสนทนาเกี่ยวกับโลกทั้งสอง") ซึ่งอ้างอิงและสนันสนุนแบบจำลองโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ของโคเปอร์นิคัสและเคปเลอร์ ทั้งในเชิงการสังเกตและเชิงปริมาณ

   กาลิเลโอยังทำการทดลองเกี่ยวกับการตกของวัตถุไว้มากมาย เขาพบว่าหากวัตถุมีรูปทรงที่เหมือนกันแล้ว มันจะตกถึงพื้นโลกพร้อมกัน ไม่ว่าจะมีน้ำหนักต่างกันเพียงใด เราทราบกันดีจากการทดลองในปัจจุบันว่าขนนกกับก้อนหินตกถึงพื้นพร้อมกันในสุญญากาศ การตกของวัตถุจะเป็นแบบที่มีความเร่งคงที่ (กาลิเลโอเป็นผู้พัฒนาแนวคิด (concept) ของความเร่งขึ้น) และระยะทางที่ตกจะแปรผันตรงกับเวลาในการตกยกกำลังสอง เขายังพบอีกว่าวัตถุที่ถูกขว้างออกไปจะมีทางเดินเป็นรูปพาราโบลา (parabola) ยิ่งขว้างแรงเท่าใดก็ยิ่งไปไกลเท่านั้น เขารู้ดีว่าหากขว้างวัตถุไปแรงมากๆจนมันสามารถไปไกลรอบโลก ทางเดินในระดับนั้นไม่อาจจะยังเป็นรูปพาราโบลาได้ แต่จะเป็นรูปอะไรนั้นกาลิเลโอก็ไม่ทราบ

49307
การทดลองวัตถุตกที่หอเอนเมืองปิซาของกาลิเลโอ



   กาลิเลโอยังเป็นผู้ที่พัฒนาแนวคิดของ ความเฉื่อย (inertia) และ มวลสาร (mass) ที่เป็นปริมาณที่วัดความเฉื่อย ความเฉื่อยนั้นแยกไม่ได้จากการเคลื่อนที่ ความเฉื่อยคือสมบัติการต่อต้านการเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุ วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วค่าหนึ่งจะคงสภาพการเคลื่อนที่ไว้อย่างนั้นและจะต่อต้านการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่นี้ วัตถุที่มีมวลมากจะต่อต้านมาก ที่มีมวลน้อยจะต่อต้านน้อย กาลิเลโอแบ่งแยกน้ำหนักออกจากมวลและกล่าวถึงแนวคิดของแรง กาลิเลโอครุ่นคิดเกี่ยวกับการเคลื่อนที่และเสนอหลักแห่งสัมพัทธภาพ (Principle of Relativity) ของการเคลื่อนที่ขึ้นโดยกล่าวว่า "เราไม่อาจบอกได้ว่าเรากำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าไรโดยการทดลองภายในระบบที่กำลังเคลื่อนที่อยู่ของเรา ปรากฏการณ์ธรรมชาติย่อมปรากฏเหมือนกันในระบบที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่สัมพัทธ์กัน" หลักแห่งสัมพัทธภาพเป็นหลักการที่ไอน์สไตน์ใช้เป็นหลักการพื้นฐานในการสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั้งภาคพิเศษและภาคทั่วไป หลักการนี้นับเป็นหนึ่งในหลักการที่คงเป็นจริงอยู่แม้ในทฤษฎีฟิสิกส์ปัจจุบัน

   การทดลองและการสังเกตของกาลิเลโอให้ข้อมูลที่สำคัญมากเกี่ยวกับธรรมชาติของความโน้มถ่วงทั้งในระดับดวงดาวและบนผืนโลก ดูเหมือนกับว่าวัตถุบนโลกจะถูกแรงกระทำให้ตกลงสู่ผิวโลกโดยแรงจะมีค่ามากเมื่อวัตถุมีมวลมากและจะมีค่าน้อยเมื่อวัตถุมีมวลน้อยซึ่งแสดงโดยน้ำหนักที่ต่างกัน แต่ทำไมวัตถุทุกก้อนจึงตกลงด้วยความเร่งเท่ากัน? ปริศนาคาใจจากการทดลองของกาลิเลโอและที่เกิดจากแบบจำลองของเคปเลอร์เหล่านี้ต้องรออัจฉริยบุคคลผู้ถือกำเนิดในปีที่กาลิเลโอเสียชีวิต

   ไอแซค นิวตัน เกิดในวันคริสต์มาสปี ค.ศ. 1642[7] ที่เมืองชนบทวูลสทอร์ป (Woolsthorpe) ในประเทศอังกฤษ นิวตันเป็นนักประดิษฐ์ตัวยงในวัยเยาว์ สามารถสร้างนาฬิกาน้ำ แบบจำลองโรงสีลม ตั้งแต่ชั้นประถม นิวตันเป็นนักเรียนดีเด่นตลอดการศึกษา แม้ว่าจะต้องหยุดพักการเรียนชั่วคราวในชั้นมัธยมเพื่อไปทำไร่แต่ครูใหญ่รวมถึงคุณอาของนิวตันได้โน้มน้าวให้นิวตันได้ทุนไปศึกษาต่อ ณ มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ (University of Cambridge) ที่วิทยาลัยทรินิตี้ (Trinity College) ได้สำเร็จ

49308
นิวตัน



   ระหว่างปี ค.ศ. 1644-1646 นิวตันใช้เวลาที่เคมบริดจ์ศึกษาวิชาคณิตศาสตร์อย่างแตกฉาน นิวตันได้เริ่มศึกษาเรขาคณิตของเดคาร์ตส์ (Descartes) และนำไปใช้หาความชันของเส้นโค้งใดๆ เขาได้พัฒนาทฤษฎีบททวินาม (Binomial Theorem)[8] ขึ้นเพื่อหาพื้นที่ใต้เส้นโค้งและยังใช้คำนวณหาค่าลอการิทึมของค่าต่างๆได้ถึง 55 ตำแหน่ง นิวตันได้พัฒนาเทคนิค ฟลักเซียน (fluxional method)[9] ในการคำนวณทางแคลคูลัสของตนเอง ในที่สุดเขาก็มองเห็นความสัมพันธ์ระหว่างการหาความชันของเส้นโค้งกับการหาพื้นที่ใต้เส้นโค้งว่าเป็นกระบวนการย้อนกลับของกันและกัน ซึ่งก็คือทฤษฎีบทมูลฐานของแคลคูลัส (The Fundamental Theorem of the Calculus)

   เมื่อเกิดโรคระบาดขึ้นในอังกฤษ นิวตันกลับไปที่เมืองบ้านเกิดที่วูลสทอร์ป เขาได้มุ่งความสนใจทั้งหมดไปที่กฏการเคลื่อนที่และสาเหตุที่ทำให้วัตถุตกลงสู่พื้นด้วยความเร่งคงที่และอะไรทำให้ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงเกือบกลม เรื่องราวที่เป็นแรงบันดาลใจที่เล่าขานกันมานับร้อยปีก็คือ เมื่อในวันฟ้าใสวันหนึ่ง[10] นิวตันสังเกตเห็นลูกแอปเปิ้ลตกลงสู่พื้นและในฉับพลันนั้นก็รู้แจ้งว่าต้องมีแรงดึงมันให้ตกลงสู่พื้นโลก มิฉะนั้นตามหลักแห่งความเฉื่อยของกาลิเลโอ ลูกแอปเปิ้ลก็ควรต้องหยุดค้างอยู่ที่ต้นเนื่องจากไม่มีแรงใดๆกระทำต่อมัน

49309
ลูกแอปเปิ้ล ดวงจันทร์ และนิวตัน



   นิวตันเชื่อว่าแรงที่ดึงดูดลูกแอปเปิ้ลให้ตกสู่พื้นและแรงที่ทำให้สิ่งต่างๆมีน้ำหนักนั้นเป็นแรงชนิดเดียวกันกับที่ดึงดูดให้ดวงจันทร์โคจรรอบโลก นอกจากนี้ก็ควรจะเป็นชนิดเดียวกับที่ทำให้ดวงจันทร์ของดาวพฤหัสโคจรรอบดาวพฤหัสและทำให้ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ การคาดเดาเช่นนี้ก็ฟังดูสมเหตุสมผลหากแต่ว่ายังขาดการพิสูจน์ที่แน่ชัด เราสามารถถามได้ว่าทำไมแรงโน้มถ่วงทำให้วัตถุตกสู่พื้นแต่กลับไม่ทำให้ดวงจันทร์ตกลงมา? ทำไมวัตถุที่อยู่ไกลๆเช่น ดวงดาวจึง "เลือก" ที่จะโคจรแทนที่จะตก??

   ในความหมายหนึ่ง มันไม่ใช่เหตุบังเอิญแต่อย่างใดที่ผู้ที่คิดค้นแคลคูลัส ผู้ที่ค้นพบกฏการเคลื่อนที่ ผู้ที่ค้นพบความโน้มถ่วง และผู้ที่พิสูจน์ความจริงแท้ของกฏเหล่านี้ จะเป็นคนคนเดียวกัน ในการที่จะไปให้พ้นจากกรอบความเข้าใจผิดๆว่าวัตถุตกโดยธรรมชาติของมันเองดังที่อริสโตเติลได้กล่าวเอาไว้ เราจะต้องมีความเข้าใจธรรมชาติของความเฉื่อยที่เป็นสมบัติพื้นฐานของการเคลื่อนที่ จะต้องมีความเข้าใจว่าความเร่งแปรผันตรงกับแรงและแปรผกผันกับมวลซึ่งวัดความเฉื่อยของวัตถุ จะต้องมีความชำนาญในศาสตร์ของแคลคูลัสในระดับลึกมากพอที่จะคำนวณวงโคจรที่เป็นวงรีและตัวกฏของเคปเลอร์ที่มีความเป็นคณิตศาสตร์อย่างมาก เหล่านี้เปรียบดั่งเช่นปัญหาภาพจิ๊กซอว์ที่ทุกแง่มุมอันสลับซับซ้อนล้วนต้องถูกนำมารวมกันอย่างระมัดระวัง เพื่อให้เกิดเป็นภาพรวมที่สอดคล้องอย่างสมบูรณ์ นำไปสู่ความจริงที่วิจิตรงดงามอย่างที่สุด

    ในปี ค.ศ. 1687 เป็นเวลา 41 ปีหลังจากที่นิวตันได้เริ่มครุ่นคิดเกี่ยวกับการเคลื่อนที่และความโน้มถ่วง นิวตันได้ตีพิมพ์หนังสือ Principia (หลายๆคนชอบที่จะเรียกว่า "คัมภีร์" มากกว่า) ที่มีเนื้อหาของตัวอย่างการแก้ปัญหาโดยใช้แคลคูลัส กฏการเคลื่อนที่ทั้งสามข้อ กฏแห่งความโน้มถ่วงสากล การพิสูจน์กฏของเคปเลอร์จากกฏการเคลื่อนที่และกฏแห่งความโน้มถ่วง การประยุกต์ใช้ต่อดาวหางและความสำคัญของดวงจันทร์ต่อปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลง ในที่สุดเราก็เข้าถึงความจริงที่ว่าแรงโน้มถ่วงเป็นแรงสากลที่กระทำกับวัตถุทุกก้อนด้วยกฏอย่างเดียวกัน แรงโน้มถ่วงของนิวตันแปรผันตรงกับมวลของวัตถุแต่ละก้อนและแปรผกผันกับระยะห่างระหว่างมวลทั้งสองกำลังสอง ค่าคงที่ของการแปรผันเรียกว่า ค่าคงที่ความโน้มถ่วง (gravitational constant) ไม่ว่าจะเป็นดวงดาวหรือก้อนหิน กฏของธรรมชาติไม่มีการแบ่งแยก ไม่มีกฏพิเศษสำหรับดวงดาว ไม่มีความจำเป็นต้องมีสวรรค์ที่ดำเนินไปด้วยกฏที่แตกต่าง
สาเหตุที่ดวงจันทร์และดาวเคราะห์เคลื่อนที่เป็นวงเกือบกลมอยู่ได้ก็เพราะมันโคจรอยู่ที่ระยะห่างมากๆ ที่ซึ่งวัตถุไม่ต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากนักเพื่อที่จะโคจรเป็นวง (ณ ผิวโลก วัตถุต้องมีความเร็วในการโคจรประมาณ 7.9 กิโลเมตรต่อวินาที ซึ่งเป็นประมาณ 7.8 เท่าของความเร็วในการโคจรรอบโลกของดวงจันทร์ที่ระยะห่างออกไปประมาณ 60 เท่า หรือ  v \sim 1/\sqrt{r} ) ประกอบกับความจริงที่ว่า ณ ระยะห่างขนาดนั้นบรรยากาศจะเบาบางมากจนแรงเสียดทานต่อการโคจรแทบไม่มี

   คำถามที่ตามมามากมายจากสมมติฐานแรงโน้มถ่วงมีเช่น อะไรเป็นตัวให้กำเนิดแรงนี้ในมวลทุกก้อน? อะไรเป็นตัวพาแรงนี้จากวัตถุหนึ่งไปสู่อีกวัตถุหนึ่ง จำเป็นต้องมีตัวกลางส่งแรงหรือไม่? ใช้เวลาส่งผ่านแรงเท่าใด? ทำไมต้องเป็นแรงที่แปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง?

อภิธานศัพท์ บรรณานุกรม และ ค้นคว้าเพิ่มเติม

1แปลเป็นภาษาอังกฤษว่า On the Motion of Bodies, "ว่าด้วยการเคลื่อนที่ของวัตถุ"
2แปลเป็นภาษาอังกฤษว่า Mathematical Principles of Natural Philosophy, "หลักการทางคณิตศาสตร์ของปรัชญาแห่งธรรมชาติ"
3นอกจากจะเพิ่มเติมสมมติฐานที่ไม่มีคำอธิบายว่าแต่ละดาวเคราะห์มีวงการหมุนเล็กๆ (epicycle) รอบวงโคจรรอบโลก กระนั้นก็ยังไม่มีความแม่นยำที่เพียงพอแม้จะเพิ่มสมมติฐานแปลกๆอันอื่นๆเข้าไปอีก (เช่น equant ที่เป็นจุดศูนย์กลางการหมุนแทนโลก)
4ซูเปอร์โนวาคือการระเบิดของดาวฤกษ์มวลมากในช่วงสุดท้ายของชีวิตของมัน ปลดปล่อยพลังงานมหาศาลออกมาในช่วงเวลาอันสั้น (ประมาณว่าเท่ากับที่ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมาในเวลาหมื่นล้านปีภายในเวลาแค่หลายๆสัปดาห์ถึงหลายๆเดือน)
5วงรีมีจุดโฟกัส 2 จุดโดยระยะทางรวมจากจุดโฟกัสทั้งสองไปถึงจุดใดๆบนวงรีจะมีค่าคงที่
6"ไม่เชื่อต้องพิสูจน์" ไม่ใช่ "ไม่เชื่ออย่าลบหลู่"
7ในเวลานั้นอังกฤษยังใช้ระบบปฏิทินแบบเก่า (Julian Calendar) อยู่ เวลาเกิดตามปฏิทินปัจจุบัน (Gregorian Calendar) ของนิวตันคือวันที่ 4 มกราคม ค.ศ. 1643
8 \displaystyle{(1+x)^n = 1 + nx + \frac{n(n-1)x^2}{2!} + \ldots}
9ในภาษาปัจจุบันคือ infinitesimal calculus
10หาได้ยากยิ่งในเกาะอังกฤษ

ค้นคว้าเพิ่มเติม


http://en.wikipedia.org/wiki/Wiki
โดยสามารถพิมพ์ค้นหาสิ่งที่เราต้องการได้ เช่น พิมพ์ Kepler ลงไปในช่อง search ก็จะพาเราไปยังเวปที่เกี่ยวข้อง คือ http://en.wikipedia.org/wiki/Kepler ซึ่งมีเรื่องราวเกี่ยวกับ Kepler มากมาย


ประวัติย่อของความโน้มถ่วง ปฐมบท: ตอน 2

   จากนิวตัน เราเข้าสู่ยุคของไอน์สไตน์ ด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา ทำให้ความเข้าใจเกี่ยวกับความโน้มถ่วงของเราเปลี่ยนแปลงจากหน้ามือเป็นหลังมือ

ผู้เขียน: ดร. ปิยบุตร บุรีคำ

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein)

   ในปลายคริสตศตวรรษที่ 19 สองร้อยกว่าปีหลังจากที่นิวตันตีพิมพ์ "คัมภีร์" Principia ที่เบิกฟ้าแห่งฟิสิกส์และกลศาสตร์ทั้งมวล ตำราที่ผู้คนยังเฝ้าศึกษาอยู่นับร้อยปีแม้ในปัจจุบัน ปรากฏการณ์และหลักการใหม่ๆทางแม่เหล็กและไฟฟ้าได้ถูกค้นพบและศึกษารวบรวมเป็นทฤษฎีที่มีรากฐานทางคณิตศาสตร์ที่มั่นคงและงดงามไม่น้อยไปกว่าฟิสิกส์ของนิวตัน เจมส์ เคลิก แมกซ์เวลล์ (James Clerk Maxwell) นักฟิสิกส์ชาวสกอตแลนด์ได้เขียนสรุปสมการ 5 สมการ[11] ที่บรรยายฟิสิกส์ของแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งมวลไว้ด้วยกัน ความสวยงามของชุดสมการของแมกซ์เวลล์อยู่ที่ความเป็นเชิงเส้นของชุดคำตอบในกรณีที่ระบบเป็นที่ว่างที่ไม่มีประจุหรือกระแสอิสระ (นั่นคือเมื่อบรรยายสุญญากาศ) สมการของแมกซ์เวลล์ทำนายการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนกลับไปมาในที่ว่างที่ไม่มีแม้ประจุและกระแสไฟฟ้า รูปแบบของสนามที่เปลี่ยนกลับไปมานี้อยู่ในรูปของคลื่น เราจึงพูดได้ว่าสมการของแมกซ์เวลล์ทำนายการมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

   ความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่คำนวณได้จากสมการของแมกซ์เวลล์มีค่าเท่ากับความเร็วของแสงในสุญญากาศที่วัดได้คือประมาณ 3\times 10^{8} เมตรต่อวินาที เมื่อพิจารณาว่าแสงเกิดจากสสารที่มีสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้า ก็ทำให้เราสรุปได้ว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งและทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ก็ได้ทำนายว่ามีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอีกนานาชนิดที่มีอยู่แต่เรายังไม่ได้ค้นพบ

52032



   ความพยายามในการทดสอบทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์โดย เฮิร์ตซ์ (Heinrich Rudolf Hertz) ได้นำไปสู่โลกในมุมมองใหม่ที่เราไม่ได้รับรู้มาก่อน เราสามารถสร้างคลื่นวิทยุได้เป็นครั้งแรกและได้นำมนุษยชาติไปสู่โลกยุคไฟฟ้าและการสื่อสาร ความรู้ทางวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ที่ถูกพัฒนาขึ้นเมื่อ 150 ปีที่แล้วได้กลายเป็นรากฐานของโลกยุคปัจจุบัน

   ในเบื้องแรก นักฟิสิกส์เชื่อว่าทุกๆที่แม้แต่ในสุญญากาศจะมีอีเทอร์ (aether) อยู่ทั่วไปเพื่อเป็นตัวส่งผ่านแรงโน้มถ่วงและกระเพื่อมเพื่อนำพาคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่มีใครคิดว่าปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าจะมีความแตกต่างไปจากปรากฏการณ์อื่นๆเช่น เสียง ที่สามารถถูกบรรยายโดยกลศาสตร์ของนิวตันภายใต้แบบจำลองที่เหมาะสม เชื่อกันว่าความโน้มถ่วงและแสงก็เป็นเพียงสมบัติส่วนหนึ่งของอีเทอร์

   ทว่า การทดลองโดยไมเคิลสัน (Michelson) และ มอร์ลี่ย์ (Morley) เพื่อที่จะหาความเร็วสัมพัทธ์ของโลกเทียบกับอีเทอร์ล้มเหลวอย่างสิ้นเชิง พวกเขาไม่พบว่าแสงมีความเร็วต่างกันไปเลยระหว่างทิศทางที่ตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของโลกและทิศทางที่ขนานกับทิศทางที่โลกเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ การทดลองของไมเคิลสันและมอร์ลี่ย์นับเป็นการทดลองที่ล้มเหลวที่มีชื่อเสียงที่สุดเพราะนับเป็นการทดลองแรกที่แสดงว่าแสงมีความเร็วคงที่ไม่ขึ้นกับการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดและผู้สังเกต เพียงแต่ว่านักฟิสิกส์ยังไม่พร้อมที่จะเข้าใจผลของการทดลองนี้ในขณะนั้น

52033
ภาพอุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลองของไมเคิลสันและมอร์ลี่ย์



52034
ภาพทางเดินของแสงที่ถูกทำให้แยกจากกันไปและกลับมาแทรกสอดกันอีก ในการทดลองของไมเคิลสัน และมอร์ลี่ย์



   ในราวสิ้นเดือนกรกฎาคมปี ค.ศ. 1900 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เพิ่งจบการศึกษาปริญญาตรีในสาขาฟิสิกส์ทฤษฎีได้หอบหนังสือฟิสิกส์หลายเล่มไปพักผ่อนที่เมืองเล็กๆในเทือกเขาแอลป์ส หนึ่งในหนังสือเหล่านั้นคือหนังสือบรรยายฟิสิกส์ของแม่เหล็กไฟฟ้าที่เขียนโดยเคอร์ชอฟฟ์ (Kirchoff) ไอน์สไตน์ได้พุ่งความสนใจไปที่ความไม่สอดคล้องกันของฟิสิกส์แบบนิวตันและทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ สมการของแมกซ์เวลล์ให้คำตอบในสุญญากาศเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ไม่ขึ้นกับลักษณะการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดและผู้สังเกต ที่จริงแล้วความเร็วของคลื่นเชิงกลก็ไม่ขึ้นกับสิ่งอื่นใดนอกจากสมบัติของตัวกลางอยู่แล้ว (ความเร็วเสียงมีค่าคงที่หากตัวกลางไม่เคลื่อนที่แต่ความถี่ต่างหากที่เปลี่ยนแปลงตามการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดและผู้สังเกต) หากอีเทอร์อยู่นิ่งไม่เคลื่อนที่สัมพัทธ์กับกรอบเฉื่อยสัมบูรณ์ (absolute inertial frame) ความเร็วของแสงก็จะไม่เปลี่ยนแปลง (นั่นคือหากอีเทอร์ไม่ไหล) ผลการทดลองของไมเคิลสันและมอร์ลี่ย์โดยแท้จริงแล้วจึงเป็นการทดลองที่วัดผลของการเลื่อนความถี่หรือปรากฏการณ์ดอปเลอร์ (Doppler effect) ของแสงว่าสอดคล้องกับการเลื่อนความถี่ของคลื่นเชิงกลที่อาศัยตัวกลางหรือไม่ พร้อมไปกับการพยายามวัดการไหลของอีเทอร์

52035
ไอน์สไตน์สมัยทำงานที่สำนักจดทะเบียนสิทธิบัตร



   คลื่นเชิงกลที่เคลื่อนที่ในตัวกลางจะมีการเลื่อนของความถี่เมื่อแหล่งกำเนิดของคลื่นและผู้สังเกตเคลื่อนที่สัมพัทธ์กับตัวกลางนั้นๆ แม้ว่าความเร็วสัมพัทธ์ระหว่างแหล่งกำเนิดกับผู้สังเกตจะเป็นศูนย์ เช่น ในการทดลองของไมเคิลสันและมอร์ลี่ย์ ขณะที่ในทฤษฎีสัมพัทธภาพ ความเร็วของแสงในสุญญากาศจะเป็นสัมบูรณ์ และหากไม่มีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างแหล่งกำเนิดกับผู้สังเกต ปรากฏการณ์การเลื่อนของความถี่ก็จะไม่เกิดขึ้นไม่ว่าทั้งระบบจะเคลื่อนที่ยังไงก็ตาม ดังนั้นหลักสัมพัทธภาพของกาลิเลโอจึงเป็นจริงอย่างสมบูรณ์ (exact)ในทฤษฎีสัมพัทธภาพ ตรงข้ามกับฟิสิกส์ของนิวตันที่เชื่อว่ามีระบบเฉื่อยที่หยุดนิ่งสัมบูรณ์และเราสามารถทำการทดลองวัดความเร็วของเราเทียบกับอีเทอร์ (เช่นการทดลองของไมเคิลสันและมอร์ลี่ย์) เพื่อรู้ความเร็วในกรอบสัมบูรณ์ของเราได้

   ไม่เป็นที่แน่ชัดว่าอัลเบิร์ตของเราทราบถึงผลการทดลองของไมเคิลสันและมอร์ลี่ย์มากน้อยเพียงใดในช่วงที่เขาพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (Special Relativity Theory) ซึ่งตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 1905 สิ่งที่เป็นหัวใจในการคิดค้นของไอน์สไตน์ไม่ใช่การทดลองจริงๆนี้หากแต่เป็นการทดลองในจินตนาการ (thought experiments) ที่เขาเฝ้าสงสัยมาตั้งแต่อายุ 16 ว่าแสงจะปรากฏเช่นไรเมื่อเราสามารถเคลื่อนที่ได้เร็วเท่ากับมันหรือกระทั่งมากกว่ามัน??

   สมการของแมกซ์เวลล์ไม่สามารถให้คำตอบที่แสงไม่เคลื่อนที่ได้ หมายความว่าเมื่อทำการแปลงระบบพิกัดไปสู่กรอบที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง สมการของแมกซ์เวลล์ก็ไม่เป็นจริงอีกต่อไป อัลเบิร์ตตีความว่าสมการแม่เหล็กไฟฟ้าไม่สอดคล้องกับการแปลงพิกัดแบบกาลิเลโอ (Galilean transformation) ที่ให้เวลาเป็นสัมบูรณ์ (absolute time) เป็นเวลาที่เดินอย่างสม่ำเสมอทั่วเอกภพไม่ขึ้นกับลักษณะการเคลื่อนที่ของผู้สังเกต นักฟิสิกส์หลายท่าน[12] พบว่าการแปลงพิกัดแบบลอเรนท์ซ (Lorentz transformation) ทำให้สมการของแมกซ์เวลล์ไม่เปลี่ยนรูปและให้ความเร็วคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่เปลี่ยนแปลง หากแต่ว่าเป็นการเปลี่ยนที่ทำให้เวลาไม่เป็นเช่นเดิม เวลาที่ได้จากการเปลี่ยนพิกัดแบบลอเรนท์ซมีช่วง (time interval) ที่ต่างไปจากเดิม และมีจุดกำเนิดของแกนเวลาที่ต่างไปจากเดิมด้วย

52056
การแปลงพิกัดแบบลอเรนท์ซ



   ไอน์สไตน์เป็นผู้เดียวที่กล้าและมีความเข้าใจที่ลึกซึ้งเพียงพอที่จะเสนอว่าโดยแท้จริงแล้วเราไม่รู้อะไรเกี่ยวกับเวลาจากการทดลองเลย เราเชื่อไปเองว่าเวลาควรจะต้องเดินไปด้วยอัตราที่คงที่ สม่ำเสมอ พร้อมเพรียงไปทั้งเอกภพ แต่ที่จริงแล้วธรรมชาติได้บอกเราผ่านทางปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าว่า เวลานั้นเป็นสิ่งสัมพัทธ์ (relative) และความเร็วของแสงในสุญญากาศต่างหากที่เป็นสิ่งสัมบูรณ์ ในปี ค.ศ. 1905 หลังจากที่ตกงานอยู่ 2 ปีและเข้าทำงานเป็นเสมียน (clerk) จดทะเบียนสิทธิบัตรทำงานที่ไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัยฟิสิกส์อีก 3 ปี อัลเบิร์ตได้เสนอผลงานสะท้านโลกเป็นชุดผลงานวิจัยที่ยิ่งใหญ่ 3 ชิ้นที่ปฏิวัติวงการฟิสิกส์อย่างถึงราก ผลงานชิ้นแรกคำนวณปรากฏการณ์การเคลื่อนที่แบบบราวเนี่ยน (Brownian motion) ที่การชนของโมเลกุลในของเหลวทำให้วัตถุเล็กๆขนาดละอองเกสรเคลื่อนที่สะเปะสะปะไปมาโดยสังเกตได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์

   ผลงานชิ้นที่สองเสนอว่าแสงมีความเป็นอนุภาคและใช้อธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเลกตริค (photoelectric effect) ได้อย่างสละสลวย ส่วนผลงานชิ้นที่สามคือทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษมีสองภาค ชิ้นแรกพิสูจน์การแปลงลอเรนท์ซ จากสมมติฐาน 2 ข้อว่าความเร็วแสงในสุญญากาศมีค่าคงที่ไม่ขึ้นกับแหล่งกำเนิดและผู้สังเกต และอีกข้อที่ว่า หลักสัมพัทธภาพของกาลิเลโอเป็นจริงอย่างสมบูรณ์ ไอน์สไตน์ยังชี้ให้เห็นถึงสัมพัทธภาพของความพร้อมกัน (relativity of simultaneity) และ คำทำนายที่ว่าเวลาในระบบที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่สัมพัทธ์กันดำเนินไปด้วยอัตราที่ต่างกันและไม่พร้อมกัน ผลที่ตามมาอีกอย่างหนึ่งก็คือ ความยาวปรากฏของไม้บรรทัดที่กำลังเคลื่อนที่จะหดสั้นลง ผลเหล่านี้บางส่วนในเชิงคณิตศาสตร์มีอยู่แล้วในงานของลอเรนท์ซและปวงกาเร แต่ไม่มีใครเข้าใจความหมายที่แท้จริงได้ถูกต้องเหมือนไอน์สไตน์

   อัจฉริยภาพของไอน์สไตน์ปรากฏชัดในภาคที่สองที่ขยายผลของการแปลงลอเรนท์ซไปสู่กฏการเคลื่อนที่ของนิวตัน สมการการแปลงลอเรนท์ซและกฏการรวมความเร็วแบบใหม่ที่มาจากแปลงนี้แสดงว่า ความเร็วของแสงเป็นกำแพงความเร็วสูงสุดของวัตถุในเอกภพ เวลาจะหยุดนิ่งเมื่อเรามีความเร็วเท่าแสง ความยาวของวัตถุและความเร่งจะมีค่าเป็นศูนย์ที่ความเร็วนี้ ผลนี้ขัดกับกฏการเคลื่อนที่ของนิวตันอย่างถึงแก่น เหตุใดเราจึงไม่สามารถเร่งให้วัตถุมีความเร็วมากกว่าแสง??

   คำตอบอยู่ที่สมบัติของความเฉื่อยของวัตถุเมื่อเคลื่อนที่ วัตถุที่ไม่สามารถเร่งได้ก็คือวัตถุที่มีความเฉื่อยเป็นอนันต์ (infinity) พลังงานที่ใส่เข้าไปเพื่อเร่งวัตถุจะปรากฏเป็นความเฉื่อยหรือมวลของวัตถุนั้น โดยการใช้การทดลองในจินตนาการง่ายๆว่ามีกล่องปล่อยแสงจากข้างหนึ่งไปยังอีกข้าง ไอน์สไตน์ค้นพบสมการความสัมพันธ์อันลือลั่น m = E/c^2 ความเฉื่อยที่เพิ่มขึ้นเท่ากับพลังงานที่ใส่เข้าไปหารด้วยความเร็วแสงในสุญญากาศยกกำลังสอง (นั่นคือหารด้วย 9\times 10^{16} เมื่อมวลอยู่ในหน่วย กิโลกรัมและพลังงานอยู่ในหน่วย จูล) ความเฉื่อยและพลังงานไม่ใช่ปริมาณสองปริมาณที่ไม่เกี่ยวข้องกันอีกต่อไป หากแต่มีความสัมพันธ์กันอย่างแยกไม่ออก โลกได้ก้าวเข้าสู่ยุคนิวเคลียร์ที่สสารและพลังงานเปลี่ยนกลับไปมาหากันได้

52050

การพิสูจน์ E = mc^2 สามารถเขียนได้บนถ้วยกาแฟ

   แต่คำถามยังคงอยู่ว่าหากไม่มีอีเทอร์แล้วความโน้มถ่วงเดินทางได้อย่างไร และด้วยความเร็วเท่าไร?? หลักสัมพัทธภาพเป็นจริงในระบบที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่แล้วจะจริงในกรอบอ้างอิงที่มีความเร่งหรือไม่? กฏทางฟิสิกส์ควรปรากฏเช่นไรสำหรับผู้สังเกตที่มีความเร่ง?? ผลของความโน้มถ่วงที่มีต่อแสงเป็นเช่นไร?? การเดินของเวลาในระบบที่มีความเร่งเป็นอย่างไร??
 

สู่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

    เป็นธรรมดาว่าเมื่อความเฉื่อยและกลศาสตร์ของนิวตันถูกเปลี่ยนแปลงอย่างถึงรากฐานขนาดนี้ ธรรมชาติของความโน้มถ่วงย่อมต้องถูกปรับปรุงเช่นเดียวกัน ในช่วง ค.ศ. 1907-1911 ขณะที่โลกค่อยๆทำความเข้าใจกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ที่ปฏิวัติความเข้าใจของเราเกี่ยวกับธรรมชาติของแสงที่ส่งผลต่อธรรมชาติของอวกาศและเวลา ตลอดจนถึงความสมมูลระหว่างสสารและพลังงาน ไอน์สไตน์ได้เริ่มครุ่นคิดถึงข้อบกพร่องของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษในทันที อัลเบิร์ตรู้ดีว่าแรงโน้มถ่วงไม่ควรจะเป็นข้อยกเว้นและจักต้องเดินทางไปด้วยความเร็วที่น้อยกว่าหรือเท่ากับแสงที่เป็นการกระเพื่อมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า บทเรียนจากทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าคือที่ว่างที่ไม่มีสสารนั้นสามารถแสดงสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้ในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เดินทางด้วยความเร็วคงที่ เป็นความเร็วสัมบูรณ์ที่วัดได้เท่ากันสำหรับทุกผู้สังเกต ปริมาณที่แสดงสมบัติของที่ว่างที่กระเพื่อมให้เกิดคลื่นนี้เราเรียกว่า "สนาม" (field)

    นักฟิสิกส์ทราบดีว่าความโน้มถ่วงเป็นสมบัติของที่ว่างอีกแบบที่สามารถบรรยายได้ด้วยสนามที่เรียกว่า สนามความโน้มถ่วง (gravitational field) ปัญหาก็คือกฏความโน้มถ่วงของนิวตันไม่ได้กล่าวอะไรเกี่ยวกับความเร็วของความโน้มถ่วงหรือแม้กระทั่งการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วงเลย ตัวนิวตันเองนั้นเชื่อว่าแรงโน้มถ่วงไม่ใช้เวลาในการเดินทาง เป็นอันตรกิริยาที่ฉับพลันทันใด (action at a distance) สมมติฐานนี้เป็นเพียงการคาดเดาที่มิได้ถูกพิสูจน์โดยการทดลองแต่อย่างใด ไอน์สไตน์เห็นว่าแรงโน้มถ่วงควรที่จะมีความเร็วเท่ากับความเร็วแสงในสุญญากาศเนื่องเพราะมันเป็นสมบัติเชิงสนามอีกอย่างหนึ่งของที่ว่าง ไอน์สไตน์ยังคาดเดาอีกว่าควรจะมีคลื่นความโน้มถ่วงในทำนองเดียวกับที่มีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ปัญหาก็คือเรายังไม่มีทฤษฎีสนามความโน้มถ่วงที่สามารถทำนายปรากฏการณ์ดังกล่าวในแบบเดียวกับที่ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ได้ทำนายสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเอาไว้เลย

    แนวคิดหลักอีกหนึ่งประการที่เป็นหลักชี้นำในการสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่บรรยายธรรมชาติของความเฉื่อยที่ถูกต้องคือหลักการของมัค[13] ไอน์สไตน์ได้รับอิทธิพลจากความคิดของมัค (Ernst Mach) เกี่ยวกับสมบัติของความเฉื่อยของวัตถุและการเคลื่อนที่มากพอสมควร มัคกล่าวว่า การเคลื่อนที่ทุกชนิดควรจะเป็นสัมพัทธ์ ผู้สังเกตจะไม่สามารถบอกได้ไม่ว่าในกรณีใดๆว่าตนเองกำลังเคลื่อนที่อยู่หากไม่ทำการสังเกตหรือทดลองสัมพัทธ์กับผู้สังเกตอื่นๆ ไม่มีสิ่งที่เรียกว่ากรอบอ้างอิงเฉื่อยสัมบูรณ์และความเฉื่อยของวัตถุก็เป็นเพียงสมบัติที่สัมพัทธ์กับผู้สังเกตภายนอก มัคไปไกลถึงขั้นว่าหลักสัมพัทธภาพของกาลิเลโอจะต้องเป็นจริงไม่ว่าผู้สังเกตจะมีการเคลื่อนที่เช่นไร

52058

52059

มัค และการทดลองหมุนถังน้ำของนิวตัน

     นิวตันเคยให้เหตุผลว่ามีสิ่งที่เรียกว่ากรอบอ้างอิงเฉื่อยที่อยู่นิ่งสัมบูรณ์อยู่โดยให้พิจารณาถึงน้ำในถังที่หมุนอยู่ (Newton's bucket argument) นิวตันเชื่อว่าเราไม่สามารถค้นหากรอบที่มองเห็นน้ำที่หมุนในถังปรากฏอยู่นิ่งได้ น้ำที่หมุนจะปรากฏโค้งตัวมีรูปทรงที่ต่างออกไปจากน้ำที่ไม่ได้หมุน ดังนั้นไม่ว่าเราจะพยายามวิ่งวนรอบน้ำที่กำลังหมุนอยู่เท่าใด (ผู้อ่านควรลองทำดูสักครั้งเพื่อความสนุกทางปัญญา) น้ำที่โค้งตัวอยู่ก็ไม่มีวันจะปรากฏแบนราบเหมือนน้ำที่ไม่ได้เคลื่อนที่ นิวตันสรุปว่าการเคลื่อนที่แบบหมุนเป็นสัมบูรณ์และจะต้องมีกรอบอ้างอิงที่อยู่นิ่งสัมบูรณ์ที่การหมุนนี้หมุนเทียบอยู่เพื่อบอกว่าผิวน้ำควรจะโค้งเท่าไร มัคมีความเห็นที่ขัดแย้งกับมุมมองนี้ของนิวตันและได้อธิบายว่าหากวัตถุทั้งหลายทั้งปวงในเอกภพที่อยู่รอบๆน้ำที่กำลังหมุนเกิดหมุนตามไปกับน้ำทั้งเอกภพ ผิวน้ำจะต้องปรากฏแบนเรียบเหมือนไม่ได้เคลื่อนที่ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีกรอบเฉื่อยที่หยุดนิ่งสัมบูรณ์เพื่อให้การหมุนใช้เทียบอ้างอิงแต่อย่างใด

    ด้วยตรรกกะเช่นนี้ เราสามารถขยายผลได้อีกว่าถ้าคนหนึ่งคน (เช่นผู้อ่าน) วิ่งวนรอบน้ำที่หมุน ไม่ได้ทำให้ผิวน้ำปรากฏราบเรียบขึ้นจนสังเกตได้ แต่เอกภพทั้งเอกภพที่หมุนตามกลับทำให้ผิวน้ำกลับมาแบนราบเหมือนไม่ได้หมุน ก็ย่อมต้องมีภาวะกึ่งกลางที่มวลบางส่วนในเอกภพหมุนรอบน้ำที่กำลังหมุนและทำให้ผิวน้ำปรากฏเรียบขึ้นอย่างสังเกตได้แม้จะไม่ได้เรียบหมดอย่างสมบูรณ์เหมือนมวลทั้งเอกภพหมุน ยิ่งมวลมากเคลื่อนที่ก็ยิ่งส่งผลต่อภาวะของน้ำที่หมุนอยู่มาก นั่นหมายถึงว่าภาวะการเคลื่อนที่ของวัตถุมวลมากๆแม้จะอยู่ห่างไกลออกไปย่อมต้องส่งผลถึงความเฉื่อยของวัตถุที่อยู่ตรงนี้ ("matter there influences inertia here") สาเหตุที่ไม่ว่าผู้อ่านหรือผู้เขียนพยายามวิ่งตามเท่าใดน้ำที่หมุนในถ้วยกาแฟก็ไม่ได้ปรากฏราบเรียบขึ้นมาก็เพราะเราไม่ได้มีมวลมากพอนั่นเอง

    ในแง่นี้ความเฉื่อยของวัตถุที่อยู่ที่หนึ่งจะถูกกำหนดโดยวัตถุอื่นๆที่อยู่ในที่ต่างๆแม้จะห่างไกลเท่าใด ยิ่งวัตถุรอบๆมีมวลมาก ก็ยิ่งส่งอิทธิผลต่อความเฉื่อยของวัตถุอื่นๆในเอกภพมากเท่านั้น วัตถุก้อนอื่นๆเป็นตัวกำหนดความเฉื่อยของวัตถุก้อนหนึ่งๆในเอกภพ อวกาศที่หยุดนิ่งสัมบูรณ์ไม่ได้เป็นตัวกำหนดความเฉื่อยของวัตถุดังที่นิวตันเชื่อแต่อย่างใด หลักการนี้เป็นหลักการที่อยู่ในใจของไอน์สไตน์ตลอดระยะเวลาที่เขาเพียรพยายามสร้างทฤษฎีความโน้มถ่วงอันใหม่ที่สอดคล้องกับทั้งทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและหลักการของมัค สิ่งที่ต้องการคือสมการที่บรรยายความสัมพันธ์เหล่านี้ที่ถูกต้อง

อัลเบิร์ตเจอกับปัญหาที่ท้าทายอัจฉริยภาพของปัจเจกในระดับเดียวกับที่นิวตันพานพบเมื่อกว่าสองร้อยห้าสิบปีก่อนหน้า

ความคิดที่สุขสุดยอดกับแสงและความโน้มถ่วง

   เหมือนดังเช่นที่เล่าลือกันถึงเหตุการณ์แอปเปิ้ลตกใส่ศีรษะนิวตันและทำให้เกิดกฏแห่งความโน้มถ่วงของนิวตัน ผู้คนเล่ากันว่าวันหนึ่งระหว่างที่ไอน์สไตน์กำลังครุ่นคิดเกี่ยวกับธรรมชาติของความโน้มถ่วงในห้องพัก เขาต้องปีนชั้นสูงเพื่อเอาของ ความที่ไอน์สไตน์ใจลอยไปกับความคิดของตน ทำให้เขาเสียการทรงตัวและตกลงสู่พื้น เชื่อว่าผู้อ่านคงจะมีประสบการณ์ว่าเมื่ออยู่บนบันไดหรือชั้นและเกิด "เสียหลัก" กำลังจะตก เราจะไม่รู้สึกถึงทิศทางหรือแรงใดๆเหมือนไม่มีหลักยึด (จึงเป็นวลีว่า "เสียหลัก") และตกลงสู่พื้นในที่สุด ไอน์สไตน์รู้สึกทันทีว่าช่วงขณะที่เรากำลังตกสู่พื้นนั้น เราเหมือนอยู่ในสภาพไร้น้ำหนัก ไร้ทิศทาง ไร้แรงใดๆมากระทำ เรารู้สึกเหมือนอยู่ในกรอบเฉื่อยในอุดมคติ!!

   จากประสบการณ์ตรงของการตก อัลเบิร์ตเกิดดวงตาเห็นธรรมในทันทีว่า สำหรับบริเวณเล็กๆในกาลอวกาศ ผลทางฟิสิกส์ใดๆของความโน้มถ่วงสมมูลกับผลของการเคลื่อนที่ที่มีความเร่ง[14] หลักการนี้เป็นอีกวิธีหนึ่งของการอธิบายว่าทำไมของที่มีน้ำหนักต่างๆกันจึงตกถึงพื้นพร้อมกันหากไม่มีแรงต้านอากาศ ความจริงที่กาลิเลโอได้ค้นพบเมื่อสามร้อยกว่าปีก่อนหน้านั้น ในภาษาของนิวตัน ปรากฏการณ์นี้แสดงให้เห็นความเท่ากันของมวลเฉื่อย (inertial mass) และ มวลโน้มถ่วง (gravitational mass) ในภาษาของไอน์สไตน์ ปรากฏการณ์นี้แสดงถึงหลักแห่งความสมมูล

   ไอน์สไตน์กล่าวว่าความรู้แจ้งในครั้งนี้เป็นความคิดที่สุขสุดยอดในชีวิตของเขา ("the happiest thought of my life") การทดลองในจินตนาการที่ตามมาในทันทีก็คือจะเกิดอะไรขึ้นในระบบปิดที่ผู้สังเกตตกลงมาอย่างอิสระภายใต้สนามความโน้มถ่วง สมมติว่าที่ด้านข้างซ้ายขวาของลิฟท์มีแหล่งกำเนิดแสงและตัวรับแสงอยู่คนละด้าน แสงที่ปล่อยออกจากข้างหนึ่งจะต้องวิ่งเป็นเส้นตรงเทียบกับผู้สังเกตที่อยู่ภายในลิฟท์และไปถึงตัวรับที่อยู่อีกด้านเพราะตามหลักแห่งความสมมูล ภายในลิฟท์ต้องเป็นระบบเฉื่อยและแสงต้องเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงเทียบกับผู้สังเกตในระบบเฉื่อยจากผนังด้านหนึ่งไปสู่อีกด้าน สิ่งที่น่าสนใจก็คือ สิ่งที่ผู้สังเกตที่อยู่ภายนอกเห็น เขาจะเห็นแสงที่ออกมาจากแหล่งกำเนิดวิ่งเป็นเส้นโค้งตกลงมาพร้อมกับทั้งระบบที่อยู่ในลิฟท์!! ข้อสรุปคือ แสง "ตก" ภายใต้สนามความโน้มถ่วง เราสามารถใช้การคำนวณในระบบที่มีความเร่งง่ายๆในการหาว่าแสงจะตกโค้งเท่าใดในสนามความโน้มถ่วงโดยใช้หลักแห่งความสมมูลของไอน์สไตน์

52060
ทางเดินแสงที่โค้งรอบวัตถุมวลมาก



    การคำนวณในเบื้องต้นให้ค่าการเบี่ยงเบนของแสงที่ไม่ต่างกับที่ได้จากการมองว่าแสงเป็นอนุภาคในทฤษฎีความโน้มถ่วงของนิวตัน แม้จะรู้สึกผิดหวังไอน์สไตน์ก็พอใจกับจุดเริ่มต้นไปสู่ทฤษฎีใหม่ของความโน้มถ่วง เราสามารถขยายผลได้อีกว่าหากทางเดินของแสงในสนามความโน้มถ่วงโค้งมันจะต้องเดินทางด้วยระยะทางที่มากขึ้นเมื่อเทียบกับระยะที่สังเกตโดยผู้สังเกตที่อยู่ในกรอบที่ตกลงมาพร้อมกับแสง เพราะฉะนั้นสำหรับผู้สังเกตภายนอกที่เห็นแสงตกมันจะใช้เวลาที่มากขึ้นในการที่แสงจะเดินทางจากผนังข้างหนึ่งของลิฟท์ไปยังผนังตรงข้ามเมื่อเทียบกับเวลาที่วัดโดยผู้สังเกตในระบบเฉื่อยที่ตกลงมาพร้อมกับแสง ข้อสรุปของไอน์สไตน์ในปี ค.ศ. 1907 ก็คือ เวลาเดินช้าลงเมื่ออยู่ภายใต้สนามความโน้มถ่วง ยิ่งสนามความโน้มถ่วงแรงเท่าไร เวลาก็ยิ่งเดินช้าลงเท่านั้น อัลเบิร์ตยังสรุปเพิ่มได้อีกว่าเนื่องเพราะเวลาที่เดินช้าลงความถี่ของแสงที่เคลื่อนที่ภายใต้สนามความโน้มถ่วงจะต้องเลื่อนไปในทางที่ความถี่ต่ำลง (เพราะเวลาที่คลื่นสั่นครบรอบยาวนานขึ้น) ปัจจุบันเราเรียกปรากฏการณ์นี้ว่าการเลื่อนความถี่ไปในทางแสงสีแดงจากความโน้มถ่วง (gravitational redshift)

อัจฉริยะตกงาน

    แน่นอนว่าในชีวิตของนักฟิสิกส์หรือแม้แต่คนทั่วไป การตกงานไม่ใช่เรื่องแปลกแต่อย่างใด สิ่งที่ทำให้นักประวัติศาสตร์แปลกใจก็คือไอน์สไตน์ยังไม่สามารถหางานในวงการการศึกษาและวิจัยทางฟิสิกส์ได้จวบจนกระทั่ง 4 ปีหลังจากที่เขาตีพิมพ์ผลงานที่ปฏิวัติวงการฟิสิกส์ได้อย่างน้อย 3 ครั้งใน 4 เดือน ในปี ค.ศ. 1905 และเสนอผลงานที่อภิปรายผลของความโน้มถ่วงต่อธรรมชาติของแสงและเวลาในปี ค.ศ. 1907 !! อัลเบิร์ตใช้เวลาระหว่างที่ว่างจากงานประจำที่สำนักจดทะเบียนลิขสิทธิ์และเวลาที่ต้องดูแลครอบครัวผลิตผลงานชั้นยอดที่แม้แต่โปรเฟสเซอร์ระดับแนวหน้าอย่างแพลงค์ (Max Planck) ก็ยังฉงนและเฝ้าเขียนจดหมายมาถามไอน์สไตน์อยู่เนืองนิจ กระนั้นเขาก็ยังไม่ได้ตำแหน่งงานที่เหมาะสมในวงการฟิสิกส์

    ต้นปี ค.ศ. 1908 ไอน์สไตน์เริ่มท้อแท้และเริ่มเลิกคิดที่จะเป็นโปรเฟสเซอร์ในมหาวิทยาลัยและเริ่มหางานอาจารย์ในโรงเรียนมัธยมแทน อัลเบิร์ตเขียนจดหมายถามเพื่อนรัก มาร์เซล กรอสมานน์ (Marcel Grossmann) ว่าเขาควรจะเขียนบอกไปในใบสมัครงานหรือไม่เกี่ยวกับงานวิจัยที่ได้ทำ ครั้งหนึ่งไอน์สไตน์เขียนสมัครงานในตำแหน่งอาจารย์สอนคณิตศาสตร์และเรขาคณิตเชิงบรรยาย (descriptive geometry) ในโรงเรียนมัธยมแห่งหนึ่งในซูริค (Zurich) โดยเขียนว่าเขาสามารถที่จะสอนฟิสิกส์ได้ด้วย อัลเบิร์ตส่งงานวิจัยทั้งหมดของเขาไปกับใบสมัครรวมถึงงานทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ มีผู้สมัครทั้งหมด 21 คนและไอน์สไตน์ก็ไม่ได้ผ่านไปถึงรอบ 3 คนด้วยซ้ำ!

52061
กรอสมานน์ (ซ้ายสุด) และไอน์สไตน์



    ดังที่เราจะได้เห็นต่อไป การพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่บรรยายพลวัตของสนามความโน้มถ่วงได้สมบูรณ์นั้นต้องใช้เวลาอีกถึง 8 ปีและด้วยความช่วยเหลือจากนักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ในแวดวงวิชาการที่ขาดไม่ได้ การที่ไอน์สไตน์ยังอยู่ภายนอกแวดวงในระยะนี้จึงเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้เขายังไม่สามารถเข้าถึงรูปแบบสุดยอดของทฤษฎีทั่วไปได้

   ในปี ค.ศ. 1909 มหาวิทยาลัยซูริค (University of Zurich) ตกลงว่าจ้างไอน์สไตน์ในตำแหน่งโปรเฟสเซอร์ ไอน์สไตน์มีโอกาสได้พบปะพูดคุยกับเพื่อนเก่านักคณิตศาสตร์มาร์เซล กรอสมานน์เกี่ยวกับสมการสนามของความโน้มถ่วงใหม่ที่เขากำลังพัฒนา กรอสมานน์เสนอว่าสิ่งที่ไอน์สไตน์มองหาอยู่นั้นคือเรขาคณิตของรีมานน์ (Riemannian geometry) และคณิตศาสตร์สาขาเทนเซอร์แคลคูลัส (tensor calculus)
 

กาลอวกาศโค้งและสมการสนามของไอน์สไตน์

    ในปี ค.ศ. 1907 เฮอร์มานน์ มินโควสกี้ (Hermann Minkowski) ผู้เป็นอาจารย์ของไอน์สไตน์สมัยมหาวิทยาลัย[15] เสนอมุมมองเชิงเรขาคณิตของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษว่าการแปลงพิกัดแบบลอเรนท์สและความสัมพันธ์ระหว่างมวลและพลังงานสามารถถูกตีความเป็นเรขาคณิตของกาลอวกาศ 4 มิติที่คล้ายกับเรขาคณิตของอวกาศ 3 มิติได้ เมื่อเปรียบเทียบกับระยะทางในอวกาศ 3 มิติที่มีค่าคงที่ไม่ขึ้นกับการเลือกใช้ระบบพิกัด "ระยะทาง" ใน 4 มิติของกาลอวกาศแบบมินโควสกี้ก็ไม่ขึ้นกับการเลือกใช้ระบบพิกัดที่มีความเร็วคงที่สัมพัทธ์กัน

   ในตอนแรกไอน์สไตน์ไม่ได้ชอบมุมมองเชิงเรขาคณิตของมินโควสกี้นี้เลยถึงกับเปรยกับเพื่อนว่านักคณิตศาสตร์ชอบทำให้ทฤษฎีฟิสิกส์ที่เข้าใจง่ายอยู่แล้วกลายเป็นอะไรที่แม้แต่เขาเองผู้คิดค้นทฤษฎีก็ไม่เข้าใจ แต่ภายหลังจากที่ได้พูดคุยกับกรอสมานน์ เขาได้รับรู้ว่าภาษาที่เหมาะสมที่สุดสำหรับทฤษฎีความโน้มถ่วงใหม่ก็คือเรขาคณิตของกาลอวกาศแบบที่ทั่วไปกว่าของมินโควสกี้ เรขาคณิตที่บรรยายทางเดินของแสงที่โค้งทั้งในอวกาศและเวลา เรขาคณิตของรีมานน์[16]

   เบอร์นฮาร์ด รีมานน์ (Bernhard Riemann) เป็นนักคณิตศาสตร์ระดับอัจฉริยะอีกผู้หนึ่งที่พัฒนาเรขาคณิตของอวกาศในมิติใดๆที่โค้งและสัจพจน์มูลฐานบางข้อของยูคลิด (axioms of Euclidean geometry) ไม่เป็นจริง เขาประสบความสำเร็จในสิ่งที่เกาส์ (Carl Friedrich Gauss) ผู้เป็นอาจารย์ไม่คาดคิดว่าจะมีใครทำได้ นั่นคือการพัฒนาเรขาคณิตแบบที่ทั่วไปกว่าเรขาคณิตของยูคลิด (non-Euclidean geometry) ในมิติใดๆโดยใช้การบรรยายเชิงพิชคณิต รีมานน์ยังเป็นผู้เสนอสมมติฐานของรีมานน์ (Riemann hypothesis) ซึ่งเป็นรากฐานที่สำคัญที่สุดอันหนึ่งในคณิตศาสตร์สาขาทฤษฎีจำนวนเชิงวิเคราะห์ (analytic number theory)

   เรขาคณิตของรีมานน์นั้นถูกบรรยายด้วยเทนเซอร์แคลคูลัสที่ใช้วัตถุทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าเทนเซอร์ (tensor) ที่มีสมบัติการแปลงทางพิกัดเหมือนๆกับเวคเตอร์หลายๆตัวที่อยู่ติดกัน สมการเทนเซอร์มีสมบัติว่าไม่ว่าเราจะทำการแปลงพิกัดเช่นไร รูปแบบทางเทนเซอร์ของสมการก็จะคงเดิมไม่เปลี่ยนแปลง ข้อดีของเรขาคณิตแบบรีมานน์ก็คือ เมื่อนำไปใช้บรรยายความโค้งของกาลอวกาศเนื่องมาจากความโน้มถ่วง เราสามารถใช้เรขาคณิตของรีมานน์นิยามความโค้งของกาลอวกาศที่เป็นปริมาณเทนเซอร์ได้[17] นั่นหมายถึงว่า สมการใดๆที่เขียนในรูปเทนเซอร์จะมีสมบัติที่ดีคือจะมีรูปแบบทางคณิตศาสตร์ที่เหมือนกันในทุกระบบพิกัดที่แปลงไปมาหากันได้ กฏทางฟิสิกส์ที่เขียนในรูปเทนเซอร์จะปรากฏเหมือนกันในทุกกรอบอ้างอิง เหมือนกันสำหรับทุกผู้สังเกตไม่ว่าจะเคลื่อนที่เช่นไร นับเป็นการแสดงกฏทางฟิสิกส์ที่สอดคล้องกับหลักแห่งสัมพัทธภาพในอุดมคติเลยทีเดียว

   ด่านสำคัญในการเขียนสมการสนามความโน้มถ่วงที่ถูกต้องอยู่ที่ว่าเราจะใช้ปริมาณความโค้งชนิดใดในการแสดงความโค้งของกาลอวกาศที่เกิดจากการมีอยู่ของสสารและพลังงาน สสารและพลังงานบอกให้กาลอวกาศโค้งแต่ควรจะโค้งแบบไหนนั้นไอน์สไตน์ใช้เวลาถึง 7 ปีกว่าจะได้คำตอบที่น่าพอใจ

   หลักชี้นำประการหนึ่งคือสมการสนามใหม่จะต้องให้กฏความโน้มถ่วงของนิวตันโดยประมาณเมื่อความเร็วที่เกี่ยวข้องมีค่าน้อยเทียบกับความเร็วแสงและเมื่อสนามความโน้มถ่วงมีค่าน้อยๆ ในตอนแรกๆที่ได้ร่วมแรงกับกรอสมานน์ พวกเขาทั้งสองได้ใช้ปริมาณเทนเซอร์ที่เรียกว่า Ricci tensor ในการบรรยายความโค้งของกาลอวกาศซึ่งเป็นสิ่งที่ถูกต้องแต่ไอน์สไตน์กลับละทิ้งทางเลือกนี้ไปในภายหลังเพราะการคำนวณที่ผิดพลาดทำให้ได้ผลที่ไม่สอดคล้องกับกฏของนิวตันและหลักอนุรักษ์พลังงานและโมเมนตัม

   ไอน์สไตน์และกรอสมานน์จึงเลือกที่จะพัฒนาทฤษฎีในอีกทิศทางที่ทำให้ไอน์สไตน์หลงทางไปอีกสามปี จุดเริ่มต้นของทฤษฎีที่ถูกต้องนั้นอยู่ที่การไปเยี่ยม Göttingen ของไอน์สไตน์ที่ทำให้เขาพบกับนักคณิตศาสตร์ชั้นนำแห่งยุค เดวิด ฮิวเบิร์ท (David Hilbert) ฮิวเบิร์ทให้ความสนใจในความพยายามของไอน์สไตน์ที่จะหาสมการสนามความโน้มถ่วงชุดใหม่ที่ใช้เรขาคณิตของรีมานน์มาก เขามีความเข้าใจในทุกรายละเอียดที่ไอน์สไตน์นำเสนอในการไปเยี่ยม Göttingen ในครั้งนั้น ความสนใจของฮิวเบิร์ทนั้นมากถึงขั้นที่ว่าเขาเริ่มพยายามที่เขียนสมการสนามที่ถูกต้องให้ได้ก่อนไอน์สไตน์!!

52062
ไอน์สไตน์นักฟิสิกส์ผู้ยิ่งยง (ซ้าย) และฮิวเบิร์ทนักคณิตศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ (ขวา)



   ราวๆเดือนตุลาคมปี ค.ศ. 1915 ไอน์สไตน์ได้ละทิ้งทฤษฎีที่ผิดของตนและกรอสมานน์ที่ได้พิจารณามาตลอดสามปีและกลับไปใช้ Ricci tensor ในการเขียนสมการสนามความโน้มถ่วงที่มีรูปแบบเดียวกันในทุกกรอบอ้างอิง (covariant field equation) อัลเบิร์ตทำการบรรยาย 4 ครั้งที่กรุงเบอร์ลินในวันพฤหัสบดีที่ 4, 11, 18 และ 25 ของเดือนพฤศจิกายนในปีนั้น ในการบรรยายครั้งที่ 3 ในวันที่ 18 ไอน์สไตน์ได้เสนอการคำนวณการเลื่อนของจุด perihelion[18] ของดาวพุธที่สอดคล้องกับการสังเกต คือ 43 พิลิปดาต่อศตวรรษ[19] โดยใช้สมการสนามใหม่ ในการบรรยายเดียวกันเขายังได้เสนอการคำนวณการโค้งของแสงภายใต้สนามความโน้มถ่วงจากสมการใหม่ที่ให้ค่าที่เป็น 2 เท่าของที่เคยได้ในปี ค.ศ. 1907 ค่านี้เป็น 2 เท่าของที่จะได้หากใช้กฏของนิวตันคำนวณโดยให้แสงเป็นอนุภาค

52063
การเลื่อนของจุดใกล้สุดของวงโคจรของดาวเคราะห์



\displaystyle{R_{ab} - \frac{g_{ab} R}{2} = \frac{8\pi G}{c^4}T_{ab}}


    ไอน์สไตน์ประกาศสมการสนามแห่งความโน้มถ่วง (Einstein's field equation) ที่ถูกต้องสมบูรณ์ครั้งแรกในการบรรยายครั้งที่ 4 ในวันที่ 25 พฤศจิกายน เดิมทีนั้นเชื่อกันว่าฮิวเบิร์ทได้เขียนสมการนี้ก่อนไอน์สไตน์ 5 วันในวันที่ 20 แม้จะไม่ได้มีความเข้าใจในฟิสิกส์ของมันอย่างถ่องแท้ก็ตาม ภายหลังมีการพบว่าต้นฉบับที่ฮิวเบิร์ทเขียนเพื่อส่งไปตีพิมพ์เมื่อวันที่ 20 พฤศจิกายนนั้นมีข้อบกพร่องที่สำคัญคือไม่ได้ใส่เทอมที่มี Ricci scalar เข้าไปด้วย ฮิวเบิร์ทได้เขียนแก้จุดนี้ให้เหมือนรูปสมการของไอน์สไตน์ในภายหลัง (ลงวันที่ 16 ธันวาคม ปีเดียวกัน) ในต้นฉบับอันที่แก้ไข ในภายหลังแม้แต่ตัวฮิวเบิร์ทก็ยอมรับว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปนั้นเป็นผลงานของไอน์สไตน์ที่ทำได้และทำสำเร็จก่อนตัวฮิวเบิร์ทเอง กระนั้นโลกก็ยอมรับในวิธีการพิสูจน์สมการสนามของฮิวเบิร์ทและเรียกปริมาณ action ที่ให้สมการสนามของความโน้มถ่วงที่ถูกต้องว่า Einstein-Hilbert action

    อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ในวัย 36 ปีได้ประสบความสำเร็จในการค้นพบทฤษฎีใหม่ของความโน้มถ่วงที่สมบูรณ์และสละสลวยยิ่งกว่ากฏที่นิวตันได้ค้นพบเมื่อสองร้อยกว่าปีก่อน 10 ปีจากที่เขาประกาศความสัมพัทธ์ของอวกาศและเวลา ความสมมูลของสสารและพลังงาน ความเป็นคู่ของคลื่นและอนุภาคและวางรากฐานทฤษฎีควอนตัม ครั้งนี้เขาได้ปฏิวัติวิธีที่เรามองธรรมชาติและกฏของมันโดยบอกว่ากฏของธรรมชาติจะต้องมีรูปแบบเหมือนกันในทุกกรอบอ้างอิงไม่ขึ้นกับว่าผู้สังเกตนั้นเคลื่อนที่เช่นไร

กำเนิดเอกภพวิทยา หลุมดำ และค่าคงที่เอกภพ (Cosmological constant)

    สมการสนามของไอน์สไตน์เป็นสมการอนุพันธ์อันดับสองที่ไม่เป็นเชิงเส้น[20] จึงคาดกันว่าจะไม่มีใครค้นพบคำตอบที่สมบูรณ์ในเวลาอันสั้นแม้แต่ตัวไอน์สไตน์เอง ในปี ค.ศ. 1916 ขณะที่กำลังรบติดพันที่แนวหน้าในสงครามโลกครั้งที่ 1 นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ คาร์ล ชวาร์ซชาร์ลด์ (Karl Schwarzschild) ได้ค้นพบชุดคำตอบของสมการสนามของไอน์สไตน์สำหรับสนามความโน้มถ่วงรอบๆมวลทรงกลม คำตอบที่ได้ให้สนามความโน้มถ่วงแบบนิวตันที่ระยะไกลๆและมีลักษณะประหลาดคือให้ค่าความโค้งที่ระยะหนึ่งจากมวลที่มากจนกระทั่งแม้แต่แสงก็หนีออกมาไม่ได้ ชุดคำตอบของชวาร์ซชาร์ลด์เป็นคำตอบแรกที่ทำนายการมีอยู่ของหลุมดำที่แสงจากผิวดาวไม่สามารถหนีออกมาสู่โลกภายนอกได้ ไอน์สไตน์ไม่เชื่อถึงการมีอยู่ของหลุมดำ แต่ฟิสิกส์ไม่ได้สนใจว่าไอน์สไตน์จะเชื่อหรือไม่เพราะความจริงที่สมการสนามของความโน้มถ่วงบอกต่างหากที่มีความสำคัญเหนือสิ่งอื่นใด ความจริงที่น่าพิศวงอีกประการของหลุมดำคือเวลาของระบบที่ตกลงสู่หลุมดำจะปรากฏเหมือนเดินช้าลงๆทุกๆขณะที่แสงตกลงสู่ขอบเขตของหลุมดำที่เรียกว่า ขอบฟ้าเหตุการณ์ (event horizon) เมื่อสังเกตจากภายนอกจึงเสมือนว่าไม่มีอะไรตกผ่านเข้าไปข้างในหลุมดำเลยแต่จะหยุดที่ขอบฟ้าเหตุการณ์แทน

52064
ชวาร์ซชาร์ลด์ (ซ้าย) และภาพจำลองของหลุมดำ (ขวา)



    สมบัติอีกแง่ของสมการสนามของไอน์สไตน์ที่ต้องพิจารณาก็คือผลของมวลที่อยู่ห่างไกลต่อความเฉื่อยของวัตถุก้อนหนึ่งๆ ไอน์สไตน์ต้องการให้ทฤษฎีใหม่ของตนแสดงผลที่สอดคล้องกับหลักการของมัคว่ามวลที่อยู่ไกลออกไปในเอกภพมีอิทธิพลที่วัดได้ต่อมวลที่อยู่ตรงนี้ ในภาษาของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป หลักการของมัคปรากฏในระดับที่ลึกล้ำกว่านั้น มวลทั้งหลายทั้งปวงในเอกภพจะกำหนดเรขาคณิตของเอกภพ กำหนดรูปทรงและความโค้งของกาลอวกาศ 4 มิติทั้งหมด เอกภพอาจจะมีขนาดที่จำกัดแต่ในขณะเดียวกันก็ไม่มีขอบเขตเปรียบดังผิวของลูกโป่งที่จำกัดแต่ไม่มีขอบเขต เป็นครั้งแรกที่ทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์สามารถบรรยายถึงแบบจำลองของเอกภพทั้งหมดได้อย่างแน่นอนในเชิงปริมาณ สมการสนามของไอน์สไตน์ได้เปิดวิสัยทัศน์ใหม่ๆเกี่ยวกับธรรมชาติของเอกภพและสร้างแขนงการวิจัยใหม่ขึ้นที่เรียกกันว่า เอกภพวิทยา (cosmology)

    ในปี ค.ศ. 1917 อัลเบิร์ตพบว่าแบบจำลองเอกภพที่ได้จากสมการสนามความโน้มถ่วงทำนายว่าเอกภพจะต้องหดตัวภายใต้ความโน้มถ่วงของมวลทั้งหลายในเอกภพหากพลังงานจลน์สะสมของมวลมีไม่พอ หรือไม่ก็ต้องขยายตัวหากพลังงานจลน์สะสมของมวลมีค่ามากกว่าผลของความโน้มถ่วง เขาใช้ความจริงที่ปรากฏอย่างผิวเผิน (เหมือนที่เราเห็นว่าโลกแบนและเห็นว่าดวงอาทิตย์และดวงดาวทั้งหลายหมุนรอบโลก รวมถึงเห็นว่า เวลาเดินสม่ำเสมอเท่ากันตลอด) ว่าเนื่องจากดวงดาวทั้งหลายนั้นไม่ได้ "ดูเหมือน" จะเคลื่อนที่เข้าหรือออกไปจากโลก เอกภพจึงจะต้องอยู่คงตัว (static) ไม่หดหรือขยายตัว เขาจำใจต้องปรับปรุงสมการสนามความโน้มถ่วงของตนเพื่อให้เอกภพคงตัว ไอน์สไตน์เสนอเทอมเพิ่มเติมในสมการสนามที่มีค่าคงที่ที่มีค่าเป็นบวกเพื่อหักล้างกับผลของความโน้มถ่วงของมวลทั้งหมดในเอกภพเรียกว่า ค่าคงที่เอกภพ (cosmological constant) ซึ่งเปรียบเหมือนแรงผลักทางโครงสร้างที่มีในตัวกาลอวกาศเอง

\displaystyle{R_{ab} - \frac{g_{ab}R}{2} + \Lambda g_{ab} = \frac{8\pi G}{c^4} T_{ab}}



    ทว่า การเพิ่มเทอมดังกล่าวนี้เข้าไปแม้จะให้จุดที่ผลของความโน้มถ่วงและค่าคงที่เอกภพตัดกันพอดีได้แต่ก็ไม่ได้ให้จุดสมดุลที่มีความเสถียร เอกภพที่กำลังขยายตัวก็จะขยายตัวผ่านค่าสมดุลนี้ไปโดยที่ไม่ได้รู้สึกอะไร ที่หดตัวก็จะหดตัวผ่านไปเช่นกันโดยที่ไม่ได้เกิดอะไร ความมีอยู่ของค่าคงที่เอกภพจึงแค่ทำให้มีจุดที่อัตราการขยายตัวเป็นศูนย์แต่ไม่ได้ทำให้มันหยุดคงตัวอย่างที่ไอน์สไตน์ต้องการ

    ในปี ค.ศ. 1929 เอ็ดวิน ฮับเบิ้ล (Edwin Hubble) ได้ประกาศการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในเอกภพวิทยาจากการเฝ้าสังเกตกาแล็คซี่ที่อยู่ไกลแสนไกลออกไปด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่ยอดเขาวิลสัน (Mount Wilson Observatory) เขาพบว่ากาแล็คซี่ที่อยู่ไกลออกไปนั้นมีสเปคตรัมของแสงที่เลื่อนความถี่ไปทางสีแดงที่มากกว่าปกติ กาแล็คซี่ยิ่งอยู่ไกลออกไปเท่าไร ก็ยิ่งมีการเลื่อนความถี่ไปทางสีแดงมากเท่านั้น ตีความได้ว่าตัวกาแล็คซี่ที่เป็นแหล่งกำเนิดเองจะต้องเคลื่อนที่หนีออกจากโลกด้วยความเร็วที่แปรผันตรงกับระยะห่างจากโลก ฮับเบิ้ลได้ค้นพบหลักฐานการขยายตัวของเอกภพในระดับสเกลที่ใหญ่มากๆกว่าที่ตาเปล่าจะมองเห็น เอกภพแม้จะปรากฏว่าคงตัวในสเกลเล็กๆที่ตาเปล่าจะมองเห็น แต่ที่จริงแล้วกลับกำลังขยายตัวในระดับสเกลที่ไกลออกไปมากๆ เป็นอีกครั้งที่เรารู้แจ้งเห็นจริงว่า ความจริงที่ปรากฏเหมือนว่าเป็นจริงอย่างแน่แท้นั้นเป็นแค่การประมาณของความจริงที่ลึกล้ำยิ่งกว่า

    ภายหลังจากการค้นพบสะท้านโลกของฮับเบิ้ล ไอน์สไตน์ได้ละทิ้งค่าคงที่เอกภพและกล่าวว่าความพยายามเปลี่ยนทฤษฎีให้เข้ากับมิจฉาทิฐิของตนในครั้งนี้นั้นเป็น การปล่อยไก่ที่ตัวใหญ่ที่สุดในชีวิตของตน อย่างไรก็ดีในปัจจุบันเราทราบว่าแบบจำลองของกาลอวกาศ 4 มิติที่เข้ากับข้อมูลที่สังเกตได้มากที่สุดนั้น จำเป็นต้องมีค่าคงที่เอกภพในสัดส่วนถึง 70 % สามารถกล่าวได้ว่าอัจฉริยภาพของไอน์สไตน์ยังคงกลับมาประกายแสงแม้ในยุคหลังจากที่เขาได้เสียชีวิตไปกว่า 50 ปี

52065
ความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางของกาแล็คซี่จากโลก และความเร็วที่กาแล็คซี่วิ่งหนีออกไปจากโลก



52066
ไอน์สไตน์ ฮับเบิ้ล และ วอลเตอร์

อภิธานศัพท์ บรรณานุกรม และ ค้นคว้าเพิ่มเติม

[11]4 สมการเป็นสมการแม่เหล็กไฟฟ้า อีกหนึ่งสมการเป็นสมการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า
[12]ลอเรนท์ซ ปวงกาเร (Poincare) ไอน์สไตน์
[13]หลักการของมัค (Mach's Principle) เป็นชื่อที่ไอน์สไตน์ตั้งให้
[14]หลักแห่งความสมมูล (Equivalence Principle) มีหลายระดับ เช่น หลักแบบเข้ม (strong equivalence principle) คือหลักที่ไอน์สไตน์ตั้งสมมติฐานไว้ให้เป็นรากฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเพิ่มเข้ากับสมมติฐานว่าค่าคงที่ความแรงของความโน้มถ่วงหรือ gravitational constant G มีค่าเท่ากันหมดไม่ว่าที่ใดในเอกภพ หลักแบบอ่อน (weak equivalence principle) เป็นระดับที่อ่อนลงโดยบอกว่าความสมมูลระหว่างผลของความเร่งและความโน้มถ่วงนั้นเป็นจริงสำหรับบริเวณเล็กๆ แต่ในที่ต่างๆกันในเอกภพค่าความแรง G รวมถึงค่าคงที่ที่ไม่มีหน่วย (dimensionless constants) อื่นๆไม่จำเป็นต้องเท่ากัน
[15]ผู้เคยดุไอน์สไตน์ว่าเป็นสุนัขขี้เกียจที่เอาแต่หลับในห้องเรียน
[16]นักคณิตศาสตร์จะเรียกเป็น pseudo-Riemannian geometry เนื่องเพราะเมตริกที่ใช้สามารถเป็นลบได้
[17]สำหรับเรขาคณิตของผิวที่ไม่มีความโค้งเช่น แบบของยูคลิด เราไม่ต้องการเทนเซอร์ในการบรรยายสมบัติของอวกาศนั้น เพียงแค่ใช้เวคเตอร์บอกตำแหน่งในจำนวนที่เท่ากับจำนวนมิติก็เพียงพอแล้วที่จะบรรยายอวกาศที่เรียบ
[18]จุดที่ใกล้ศูนย์กลางการเคลื่อนที่ที่สุดของวงโคจร
[19]60 พิลิปดาเท่ากับ 1/60 ของ 1 องศา
[20]คำตอบของสมการอนุพันธ์เชิงเส้นเมื่อนำมาบวกกันก็จะยังเป็นคำตอบของสมการนั้นอยู่


ความลับของสนามแม่เหล็กโลก

    สนามแม่เหล็กโลกเกิดจากอะไร การหมุนรอบตัวเองของโลก เกี่ยวข้องกับสนามแม่เหล็กโลก อย่างไร

ผู้เขียน: พวงร้อย

สนามแม่เหล็กโลกเกิดได้อย่างไร

    ตามที่ทราบกันแล้วว่า แกน(core)ของโลกนั้นร้อนมาก (อุณหภูมิประมาณ 5000 องศา F) สารประกอบภายในแกนโลกจึงกลายเป็นของเหลว แกนโลก แบ่งได้เป็นสองส่วน ส่วนนอกหรือ แกนนอก(outer core) กับส่วนใน หรือ แกนใน(inner core) ซึ่งมีรัศมีประมาณ ๒๒๐๐ กิโลเมตร แกนในสุดนั้น แม้จะร้อนมาก แต่เนื่องจากความกดดันภายในโลกเพิ่มขึ้น เมื่อเข้าไปภายในลึกขึ้นตามส่วน แกนใน จึงได้รับความกดดันสูงมากๆ โลหะร้อนเหลวนั้นจึงกลับกลายเป็นของแข็ง โดยแกนในนี้ประกอบด้วยธาตุเหล็กผสมอยู่อย่างน้อยๆ 90% ส่วนแกนนอกมีสถาพเป็นของเหลวที่ยังไหลไปไหลมาได้ แต่เชื่อว่ามันไหลไม่สม่ำเสมอ เพราะมีองค์ประกอบที่ต่างกันไปบ้าง และจากหลักฐานข้อมูลทางธรณีฟิสิกส์ที่วัดได้มา ก็ยืนยันว่าส่วนประกอบและอัตราการไหลนั้นไม่สม่ำเสมอจริง

    การหมุนตัวของโลก ก็มีส่วนส่งผลให้เกิดการเคลื่อนของของเหลวภายในแกนนอก โดยมีผลให้มันพยายามเคลื่อนไปรอบๆแกนในที่เป็นของแข็ง แต่สภาพบางส่วนก็มีการไหลวนเป็นกะเปาะเฉพาะที่ เนื่องจาก ส่วนบนๆของแกนนอกที่ติดกับเปลือกโลกเย็นตัวลงด้วยการถ่ายเทความร้อนให้เปลือกโลก จึงมีน้ำหนักมากขึ้น เลยจมลงทำให้เกิดกระแสวนตามลง ของเหลวส่วนล่างของแกนนอกที่ติดกับแกนในเสียแร่ธาตุหนักๆ ซึ่งถูกดึงดูดให้ไปเกาะติดกับแกนใน จึงพลอยโดนแรงอัดที่เพิ่มมากขึ้น จากการเคลื่อนตัวเข้าลึกขึ้นจนถูกอัดให้แข็งตัวขึ้น ส่วนที่เหลืออยู่หลังจากเสียธาตุหนักไปแล้ว ก็เบาลงลอยตัวขึ้นมา เกิดเป็นกระแสวนขึ้น การไหลที่ไม่สม่ำเสมอเท่ากันตลอดนึ้ ทำให้กระแสวนบางแห่งแยกเป็นอิสระจากกัน

    ภาพจำลองโดยสถาบันวิจัย Los Alametos แสดงการเคลื่อนตัวของส่วนที่เหลวและไหลมากที่สุดของแกนนอก(สีเหลือง) ลูกกลมตาข่ายสีแดงคือแกนในที่เป็นของแข็ง ลูกกลมตาข่ายสีน้ำเงิน คือแกนนอกทั้งหมด
   และเนื่องจากแร่ธาตุที่เป็นส่วนประกอบสำคัญของแกนนอกนี้ เป็นธาตุโลหะประเภทที่เป็นตัวนำไฟฟ้า เมื่อมันไหลไปไหลมา จึงเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น ตามหลักของฟาราเดย์ เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหล สนามแม่เหล็กก็เกิดขึ้นมา เป็นของคู่กัน สนามแม่เหล็กของโลกจึงเกิดขึ้นได้ด้วยประการฉะนี้
   แม้ว่าการไหลของแกนนอกจะไม่สม่ำเสมอ หากมีเป็นกะเปาะๆแยกจากกัน แต่ผลรวมของกำลังสนามเมื่อประกอบกันแล้ว ทำให้ดูคล้ายๆว่าเป็นอันหนึ่งอันเดียวกันขึ้นมา เนื่องจากความที่ไหลไม่สม่ำเสมอ ทำให้ขั้วสนามเปลี่ยนแปลงอยู่ได้บ้าง แต่อิทธิพลหลักที่ครอบงำสถานะของสนาม ก็คือทิศทางการหมุนตัวของโลก แกนของแม่เหล็กโลกจึงอยู่ไม่ไกลจากแกนทางภูมิศาสตร์เท่าไหร่ ประมาณว่าแม่เหล็กโลก(geomagnetism) เอียงทำมุมจากแกนทางภูมิศาสตร์ประมาณ 11 องศา
 

    แต่ก็ใช่ว่า ค่ามุมของความเบี่ยงเบนจากแกนโลก(magnetic declination) ที่ประมาณว่าเป็น ๑๑ องศานี้ จะเป็นค่าตายตัวเสมอไป สนามแม่เหล็กมีการเคลื่อนตัวเฉไฉไปตามเวลา และค่ามุมเบี่ยงเบนของขั้วแม่เหล็กนี้ก็ใช่ว่าจะสม่ำเสมือนกันทั่วโลก เนื่องมาจากองค์ประกอบที่ไม่สม่ำเสมอภายในดังกล่าวข้างต้น แต่ละภูมิภาคบนโลก ก็ยังได้ค่าที่ต่างกันดังจะเห็นได้จาก

 

    แผนผังแสดงมุมเบี่ยงเบนของแกนแม่เหล็กจากแกนภูมิศาสตร์ของทั้งโลก ซึ่งมีค่าแตกต่างกันไปในต่างภูมิภาค

    ผลที่ได้ก็คือ เมื่อใช้เข็มทิศที่วางตัวเหนือใต้ไปตามแกนแม่เหล็กโลก เข็มทิศจะไม่ชี้ไปทางทิศเหนือตรงเผงเสมอไป จากค่าตามแผนผังข้างบน ในกรุงมอสโคว์ เข็มทิศจะเบี่ยงไปทางขวา ๑๐ องศา ในขณะที่ ที่กรุงลอนดอน เข็มทิศจะเบี่ยงไปทางซ้าย ประมาณ ๑๑ องศา และที่กรุงจาร์กาต้า เข็มทิศจะชี้ที่ทิศเหนือพอดี ที่กรุงเทพฯเข็มทิศก็จะใกล้เคียงกับทิศเหนือมากนัก แต่ถ้าต้องการหาทิศอย่างแม่นยำ เช่น เพื่อใช้ในการนำร่องเครื่องบิน หรือการเดินเรือ ก็ต้องหาค่าที่เที่ยงตรงจริงๆ มีองค์กรนานาชาติที่รับผิดชอบติดตามค่ามุมนี้ในภูมิภาคต่างๆบนโลก ในปัจจุบัน มีองค์กรในหลายๆประเทศ ที่จัดหาซอฟแวร์ให้บริการออนไลน์ได้ทันที แต่เป็นที่น่าเสียดายว่า บริการเช่นนี้ยังไม่มีให้เราคนไทยได้หาทิศทางที่แม่นยำได้ในบ้านเมืองของเราเอง ผู้เขียนเองก็ไม่ทราบว่า องค์กรใดในบ้านเรามีหน้าที่รับผิดชอบตอบข้อสงสัยให้ชาวบ้านได้

    การเฉไฉของแท่งแม่เหล็ก(สมมติ)นี้ คงมิได้มีสาเหตุมาจากกลไก(mechanism)การหมุนตัวของโลกเป็นหลัก อย่างที่เคยเข้าใจกันมา แต่คงมีสาเหตุมาจากการไหลที่ไม่เป็นทิศเป็นทางอย่างคงที่ กระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการไหลวนของแกนนอกจะไหลเป็นกะเปาะเป็นแห่งๆบ้าง วนกันไปคนละทิศบ้าง และส่วนหนึ่งพยายามจะวนรอบๆแกนในบ้าง ผลรวมของกระแสบางครั้งก็หักล้างกัน บางครั้งก็ส่งเสริมกัน จึงทำให้ดูเหมือนว่าแกนแม่เหล็กสมมตินี้มันไม่อยู่กับที่ ในบางครั้ง การเคลื่อนไหวเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อาจมีผลถึงจุดที่ทำให้สนามแม่เหล็กโลกกลับขั้วได้


    ถ้ามองแม่เหล็กโลกแบบความเข้าใจเก่าๆที่คิดว่า แม่เหล็กโลกเป็นแท่งแม่เหล็กเดี่ยวๆแล้ว ก็จะทำให้ไม่อาจเข้าใจพฤติกรรมของสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนทิศอยู่ตลอดเวลาได้ ด้วยเหตุที่ แท้จริงแล้วมันเป็นเรื่อง thermodynamics ที่สลับซับซ้อนมาก การทำ mathematical model ขึ้นมาเพื่อศึกษาทำความเข้าใจ ก็เป็นได้ด้วยความยากลำบากแสนสาหัส อันเนื่องมาจาก หนึ่ง ความเข้าใจสภาพภายในของโลก เรายังมีไม่พอ หลายๆอย่างก็ต้องเดากัน ส่วนอีกประการหนึ่งนั้น เรื่องคำนวณหาสมการมาใส่ ให้สอดคล้องกับปรากฏการณ์ธรรมชาตินี่ไม่ใช่เรื่องเล็กๆ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ทำมาเลียนแบบการเกิดสนามแม่เหล็กโลก ก็ไม่เคยได้รับการยกย่องมานาน ว่ากันว่า คนทำด้านนี้เอาหัวชนฝาเป็นที่หัวเราะเยาะของคนอื่นกันมาช้านาน จนกระทั่ง เมื่อปี 1995 นี้เองเป็นครั้งแรกในโลกที่มีคนทำ model สำเร็จที่ให้ผลใกล้เคียงกับพฤติกรรมการ "กลับขั้ว" ของแม่เหล็กโลกเป็นครั้งแรก คือ Gary Glatzmaier แห่งสถาบัน Los Alametos และ Paul Roberts จาก UCLA

    ทั้งสองท่านศึดษาคิดต้นหาสมการต่างๆมาจำลองแบบสนามแม่เหล็กโลกอยู่นานนับหลายๆปี เมื่อคิดได้แล้ว ยังต้องใช้เวลาอยู่สองปี เขียนบทความทำเรื่องขออนุมัติจากสถาบันต่างๆที่เป็นเจ้าของซุปเปอร์คอมพิวเตอร์มาใช้ในการคำนวณ เนื่องจากสมการเหล่านี้ต้องใช้เวลาคำนวณเกินกว่าที่สมองคน หรือเครื่องคอมพิวเตอร์ธรรมดาจะทำได้ไหว ในที่สุดก็ได้ใช้เครื่อง CRAY ถึงสองเครื่อง เครื่องหนึ่งจากที่ Pittsberg อีกเครื่องหนึ่งที่ Los Alamos วิ่งคู่ขนานกันอยู่เกือบปี รวมแล้วใช้เวลากว่าสองพันชั่วโมงของ CPU กว่าสนามแม่เหล็กมันจะกลับตัวขึ้นมา โดยการเลียนปรากฏการณ์ของโลกว่า แกนนอกแกนในมันมีสภาพเช่นนี้ เวลาผ่านไปเท่านี้ ตามสมการมันจะเกิดอย่างนี้ หากเร่งเวลาให้ผ่านไปเร็วกว่าความเป็นจริงเป็นอย่างมาก ที่วิ่งไปอยู่เป็นเวลาร่วมปี ก็เห็นว่า ขั้วมันใกล้จะกลับตัวทีไร ก็จะบิดกลับไปอย่างเดิมทุกที ไม่ได้กลับขั้วจริงๆกันสักที เครื่อง CRAY วิ่งมาได้เกือบปีจนเกือบจะหมดเวลาที่ได้รับอนุมัติมาให้ใช้เครื่องแล้ว แทบท้อใจไปตามๆกัน แต่อยู่มาวันหนึ่ง ขั้วมันก็กลับขึ้นมา จึงแตกตื่นกันใหญ่ เพราะนี่เป็นครั้งแรกในโลกที่มีผู้เลียนแบบการกลับขั้วของสนามแม่เหล็กโลก ที่เป็นปริศนาดำมืดมานานได้เป็นผลสำเร็จ


     ก็เพิ่งจะไม่กี่สิบปีมานี้เอง ที่นักวิทยาศาสตร์ตระหนักถึงความสลับซับซ้อนของสนามแม่เหล็กโลกว่า มันยากแก่การเข้าใจขนาดไหน เพราะเรายังไม่สามารถเจาะเข้าไปดูแกนโลกให้เห็นจริงได้ ส่วนตัวสนามแม่เหล็กนอกโลกนั้น จะศึกษาได้ก็เมื่อขึ้นไปชั้นบรรยากาศสูงไปวัดดูเท่านั้น การศึกษาพวกนี้ มีขึ้นเมื่อนักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างจรวดให้ขึ้นไปสูงเหนือ ๑๐๐ ไมล์ขึ้นไป ซึ่งก็เพิ่งจะเริ่มทำกันอย่างจริงจังเมื่อสมัยหลังสงครามโลกครั้งที่สองนี่เอง

สำหรับค้นคว้าเพิ่มเติม

http://www.igpp.lanl.gov/Geodynamo.html


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ศัพท์วิทยาศาสตร์ ฉบับราชบัณฑิตสถาน

A  B  D  F  G  H  I  J  K  L  M  N  O  Q  R  S  T  U  V  W  X  Y 

                        ถ                                       อ   

นักวิทยาศาสตร    หน่วย      ศัพท์แผ่นดินไหวตัวอักษรจาก A-M   จาก N-Z

  A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

คำศัพท์คณิตศาสตร์ที่น่าสนใจ

หมวด :

| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

    ศัพท์เคมี    ศัพท์คณิตศาสตร์   ศัพท์ฟิสิกส์   

       บทความวิทยาศาสตร์      ศัพท์ชีววิทยา      สื่อการสอนฟิสิกส์      ศัพท์วิทยาศาสตร์    

พจนานุกรมเสียง 1   แมว    วัว 1    วัว 2    วัว 3    เหมียว   แกะ     พจนานุกรมภาพการ์ตูน

พจนานุกรมภาพเคลื่อนไหว   ดนตรี  Bullets แบบ JEWEL  พจนานุกรมภาพต่างๆ  ภาพเคลื่อนไหวของสัตว์ต่างๆ  โลกและอวกาศ

อุปกรณ์และเครื่องมือต่างๆ

 

  หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ 

ฟิสิกส์ 1(ภาคกลศาสตร์) 

 ฟิสิกส์ 1 (ความร้อน)

ฟิสิกส์ 2 

กลศาสตร์เวกเตอร์

โลหะวิทยาฟิสิกส์

เอกสารคำสอนฟิสิกส์ 1

ฟิสิกส์  2 (บรรยาย)

แก้ปัญหาฟิสิกส์ด้วยภาษา c  

ฟิสิกส์พิศวง

สอนฟิสิกส์ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

ทดสอบออนไลน์

วีดีโอการเรียนการสอน

หน้าแรกในอดีต

แผ่นใสการเรียนการสอน

เอกสารการสอน PDF

สุดยอดสิ่งประดิษฐ์

   การทดลองเสมือน 

บทความพิเศษ 

ตารางธาตุ(ไทย1)   2  (Eng)

พจนานุกรมฟิสิกส์ 

 ลับสมองกับปัญหาฟิสิกส์

ธรรมชาติมหัศจรรย์ 

 สูตรพื้นฐานฟิสิกส์

การทดลองมหัศจรรย์ 

ดาราศาสตร์ราชมงคล

  แบบฝึกหัดกลาง 

แบบฝึกหัดโลหะวิทยา  

 แบบทดสอบ

ความรู้รอบตัวทั่วไป 

 อะไรเอ่ย ?

ทดสอบ(เกมเศรษฐี) 

คดีปริศนา

ข้อสอบเอนทรานซ์

เฉลยกลศาสตร์เวกเตอร์

คำศัพท์ประจำสัปดาห์

 

  ความรู้รอบตัว

การประดิษฐ์แของโลก

ผู้ได้รับโนเบลสาขาฟิสิกส์

นักวิทยาศาสตร์เทศ

นักวิทยาศาสตร์ไทย

ดาราศาสตร์พิศวง 

การทำงานของอุปกรณ์ทางฟิสิกส์

การทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ

 

  การเรียนการสอนฟิสิกส์ 1  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

1. การวัด

2. เวกเตอร์

3.  การเคลื่อนที่แบบหนึ่งมิติ

4.  การเคลื่อนที่บนระนาบ

5.  กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน

6. การประยุกต์กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน

7.  งานและพลังงาน 

8.  การดลและโมเมนตัม

9.  การหมุน  

10.  สมดุลของวัตถุแข็งเกร็ง

11. การเคลื่อนที่แบบคาบ

12. ความยืดหยุ่น

13. กลศาสตร์ของไหล  

14. ปริมาณความร้อน และ กลไกการถ่ายโอนความร้อน

15. กฎข้อที่หนึ่งและสองของเทอร์โมไดนามิก 

16. คุณสมบัติเชิงโมเลกุลของสสาร

17.  คลื่น

18.การสั่น และคลื่นเสียง

   การเรียนการสอนฟิสิกส์ 2  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต  

1. ไฟฟ้าสถิต

2.  สนามไฟฟ้า

3. ความกว้างของสายฟ้า 

4.  ตัวเก็บประจุและการต่อตัวต้านทาน 

5. ศักย์ไฟฟ้า

6. กระแสไฟฟ้า 

7. สนามแม่เหล็ก

 8.การเหนี่ยวนำ

9. ไฟฟ้ากระแสสลับ 

10. ทรานซิสเตอร์ 

11. สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเสาอากาศ 

12. แสงและการมองเห็น

13. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ

14. กลศาสตร์ควอนตัม

15. โครงสร้างของอะตอม

16. นิวเคลียร์ 

   การเรียนการสอนฟิสิกส์ทั่วไป  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

1. จลศาสตร์ ( kinematic)

   2. จลพลศาสตร์ (kinetics) 

3. งานและโมเมนตัม

4. ซิมเปิลฮาร์โมนิก คลื่น และเสียง

5.  ของไหลกับความร้อน

6.ไฟฟ้าสถิตกับกระแสไฟฟ้า 

7. แม่เหล็กไฟฟ้า 

8.    คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับแสง

9.  ทฤษฎีสัมพัทธภาพ อะตอม และนิวเคลียร์ 

 

 

กลับเข้าหน้าแรก

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

ภาพประจำสัปดาห์