โลกฟิสิกส์ด้านหนึ่งกำลังมีการปฏิวัติ โดยไม่ค่อยมีใครรู้
เมื่อพูดถึงทฤษฎีฟิสิกส์ที่น่าตื่นเต้น
เรามักนึกถึง ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทั่วไป ที่แสดงให้เห็นว่าเวลาเป็นสิ่งสัมพัทธ์ จนถึงทำนายการมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง และอาจนึกถึงทฤษฎีควอนตัม ที่เต็มไปด้วยปรากฏการณ์แปลกประหลาดเหนือสามัญสำนึก
ในปัจจุบัน ทั้งสองทฤษฎีนี้มีงานวิจัยใหม่ๆที่พยายามพัฒนาต่อยอดมากมาย เต็มไปด้วยการประยุกต์ใช้ที่เปลี่ยนแปลงวิถีชีวิตมนุษยชาติ แต่พื้นฐานของทฤษฎีแทบไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลงเลย
ทว่ามีอยู่สาขาหนึ่งในฟิสิกส์ที่หลายคนอาจไม่รู้สึกว่าตื่นเต้น หวือหวา แต่นักฟิสิกส์มีการเก็บสะสมพัฒนาความเปลี่ยนแปลงมาตลอดในรอบหลายสิบปี และ ในช่วงปีสองปีมานี้ ผลลัพธ์ใหม่ๆที่ท้าทายแนวคิดดั้งเดิมกำลังผุดขึ้นมาให้โลกได้เห็น นั่นคือ เทอร์โมไดนามิกส์(Thermodynamics)
เทอร์โมไดนามิกส์ (Thermodynamics)เป็นวิชาที่ศึกษาธรรมชาติของความร้อน ผลลัพธ์ของฟิสิกส์สาขานี้เป็นหนึ่งในสิ่งที่ยิ่งใหญ่ที่สุดแห่งโลกฟิสิกส์คลาสสิค
ในยุคแรก นักฟิสิกส์ศึกษาจนค้นพบกฎที่ใช้อธิบายธรรมชาติของความร้อน เรียกว่ากฎของเทอร์ไมไดนามิกส์ นำมาซึ่งการวิเคราะห์ธรรมชาติของความร้อนรอบด้าน งานที่เกิดขึ้นจากแก๊สในกระบอกสูบ การทำงานของเครื่องจักรความร้อนรูปแบบต่างๆ รวมทั้งประกาศให้โลกรู้ว่าเครื่องจักรนิรันดรอเป็นเรื่องเพ้อฝัน
เมื่อนำเทอร์ไมไดนามิกส์มาใช้กับวิชาเคมี สสารและวัสดุ ทำให้เรารู้ว่าปฏิกิริยาเคมีใดเกิดได้หรือไม่ได้ ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นจะคายหรือดูดความร้อน ใช้ในการอธิบายการเปลี่ยนสถานะของสสารจากของแข็งละลายเป็นของเหลว ของเหลวระเหยกลายเป็นแก๊ส ใช้ในการศึกษาตัวนำความร้อน และฉนวนความร้อนได้
ยุคต่อมา นักฟิสิกส์สร้างทฤษฎีอธิบายการแผ่รังสีความร้อน ส่งผลให้เทอร์โมไดนามิกส์อธิบายการถ่ายเทความร้อนรูปแบบต่างๆทุกรูปแบบ ในช่วงนั้นยังมีการสร้างทฤษฎีการกระจายตัวของความเร็วของอนุภาคแก๊ส ทำให้แนวคิดเกี่ยวกับกลศาสตร์เชิงสถิติซึ่งเป็นเหมือนการมองเทอร์ไมไดนามิกส์อย่างลึกซึ้งได้เริ่มต้นขึ้น หลังจากนั้นไม่นานเมื่อทฤษฎีควอนตัมถือกำเนิดก็มีการนำกลศาสตร์เชิงสถิติไปอธิบายธรรมชาติของอนุภาคเชิงควอนตัมได้เป็นอย่างดี
เทอร์โมไดนามิกส์ จึงเป็นศาสตร์ที่ประสบความสำเร็จในการอธิบายธรรมชาติได้กว้างขวาง และอยู่ยั้งยืนยงผ่านกาลเวลามาได้อย่างยาวนาน แต่ช่วงที่กลศาสตร์ควอนตัมเพิ่งเกิดขึ้นได้ไม่นาน ในตอนนั้นมีการเชื่อมโยงความเปลี่ยนแปลงเชิงเทอร์โมไดนามิกส์กับเวลา จนเกิดเป็นแนวคิดเรื่องทิศทางของเวลา (Arrow of time) ซึ่งเป็นหนึ่งปัญหาที่ใหญ่ที่สุดในโลกฟิสิกส์ที่ยังคงได้รับการถกเถียงมาจนถึงปัจจุบัน (ซึ่งผมจะเล่าให้ฟังในครั้งถัดๆไป)
อีกทั้งราว 50 ปีก่อน Jacob Bekenstein พยายามนำเทอร์ไมไดนามิกส์มาอธิบายธรรมชาติเชิงความร้อนของหลุมดำ และ ร่วมวิเคราะห์โดยสตีเฟน ฮอว์กิ้ง จนทำนายว่าหลุมดำควรมีการแผ่รังสี แต่จนถึงตอนนี้ยังไม่มีใครตรวจจับได้ ต่อมาเมื่อนักฟิสิกส์ศึกษาหลุมดำในเชิงทฤษฎีอย่างละเอียดก็พบว่า หลุมดำส่อแววว่ากฎฟิสิกส์บางอย่างอาจพบกับปัญหาใหญ่
แต่ที่น่าตื่นเต้นคือ ไม่กี่ปีมานี้ นักฟิสิกส์เริ่มค้นพบข้อจำกัดหลายประการของเทอร์โมไดนามิกส์ นำไปสู่การพยายามขยายขอบเขตของเทอร์โมไดนามิกส์ด้วยการนิยามตัวแปรพื้นฐานของเทอร์โมไดนามิกส์ใหม่ ทั้ง ความร้อน อุณหภูมิ เอนโทรปี ฯลฯ รวมทั้งการประสานเทอร์ไมไดนามิกส์ ทฤษฎีควอนตัม และทฤษฎีข่าวสาร (Information theory) เข้าด้วยกัน
หลายคนฟังแล้ว อาจไม่รู้สึกอะไร แต่การที่นิยามของตัวแปรพื้นฐานที่ใช้งานกันมานานเป็นร้อยกว่าปีถูกปรับให้ขยับขยายนั้นถือเป็นเรื่องใหญ่มาก
งานวิจัยใหม่ๆเกี่ยวกับเทอร์โมไดนามิกส์
อีกทั้ง เดิมที ทฤษฎีทางเทอร์โมไดนามิกส์นั้นสามารถอธิบายธรรมชาติได้กว้างขวางมากอยู่แล้ว แต่ การปรับกรอบและขยายแนวคิดเหล่านี้จะนำไปสู่การอธิบายธรรมชาติได้กว้างขึ้นแค่ไหน และจะนำไปสู่การประยุกต์ใช้อะไรบ้าง นับว่าน่าสนใจมากๆ
เรื่องนี้เป็นสิ่งที่คนรุ่นเราสามารถติดตามได้พร้อมๆกัน
แต่ก่อนจะไปถึงจุดนั้น เรามาทำความเข้าใจกันก่อนถึงแนวคิดเรื่องความร้อนและอุณหภูมิแลบคลาสสิคซึ่งผมจะเล่าให้ฟังในครั้งถัดๆไปครับ
- 34
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
