แสงคืออะไร ?
แสง (light) เป็นสิ่งที่เกี่ยวพันกับชีวิตมนุษย์อย่างลึกซึ้งในหลายด้าน ทั้งในด้านความสวยงาม ความรู้สึก จนถึงด้านศาสนาและความเชื่อ
แม้ว่าแสงนั้นช่วยส่องให้สิ่งต่างๆสว่างขึ้นจนเราสามารถมองเห็นมันได้ สมดังคำกล่าว "แสงเอย จงส่องสว่างขึ้น" (Let there be light) ในคัมภีร์โทราห์ของศาสนายิวซึ่งอาจตีความได้ว่าพระเจ้าได้สร้างแสงขึ้นในช่วงที่มีการสร้างโลก และคำที่พระพุธเจ้าที่สอนว่า นัตถิ ปัญญาสะมา อาภา ที่แปลว่า "แสงสว่างเสมอด้วยปัญญานั้น ไม่มี"
แต่สำหรับนักฟิสิกส์ ธรรมชาติของแสงกลับเป็นสิ่งที่ลึกลับและถกเถียงกันมาช้านาน ซึ่งหนึ่งในคำถามเกี่ยวกับแสงที่ตอบยากที่สุดคงเป็นคำถามที่ว่า "แสงเป็นอนุภาค(particle)หรือคลื่น(wave)กันแน่?"
อนุภาค คือ สสาร ที่มีตำแหน่งแห่งที่ชัดเจน เช่น เก้าอี้ ส้ม สุนัข ลูกฟุตบอล ฯลฯ
คลื่น คือการส่งผ่านพลังงาน ซึ่งมีคุณลักษณะหลักๆ 2 อย่างที่อนุภาคไม่มี นั่นคือ การแทรกสอด(Interference) และการเลี้ยวเบน(Diffraction)
- เมื่อเราขว้างหินลงในสระน้ำ แล้วขว้างหินอีกก้อนตามลงไปข้างๆ จะเกิดคลื่นน้ำสองวงแผ่ไปโดยรอบ คลื่นที่วิ่งมาเจอกันจะเคลื่อนที่ทะลุผ่านกันไปได้ ไม่ต่างจากเวลาเราถือเชือกแล้วสะบัดปลายด้านหนึ่ง เมื่อเพื่อนสะบัดปลายอีกข้างย่อมทำให้เกิดคลื่นสองลูกวิ่งมารวมกัน (แทรกสอด) แล้วเคลื่อนที่ผ่านกันไปได้
การแทรกสอดของคลื่น
- ส่วนการเลี้ยวเบนคือ การที่คลื่นสามารถเคลื่อนที่อ้อมสิ่งที่ขวางได้ ยกตัวอย่างกับคลื่นน้ำอีกครั้ง โดยถ้าคลื่นน้ำเดินทางไปชนโขดหินหรือตอไม้ มันจะแผ่อ้อมไปยังด้านหลังโขดหินหรือตอไม้ได้ หรือ การเราได้ยินเสียงรถยนต์ที่อยู่อีกฟากของตึก เพราะเสียงเดินทางเลี้ยวอ้อมมุมตึกมาได้
การเลี้ยวเบนของคลื่น
แน่นอนว่าอนุภาคไม่สามารถแทรกสอดกันได้ (รถสองคันวิ่งมาชนกันไม่สามารถรวมกัน แล้วเคลื่อนที่ผ่านกันไปได้) และ ไม่สามารถเลี้ยวเบนได้ ความแตกต่างสำคัญนี้ ทำให้คลื่นและอนุภาค แยกขาดจากกันอย่างชัดเจน
ราวสามร้อยปีก่อน
เซอร์ไอแซค นิวตัน เชื่อว่าแสงประกอบขึ้นจากอนุภาคเล็กๆจำนวนมากที่เรียกว่า คอปัสเคิล(corpuscles) เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องเป็นลำ
การสะท้อนของแสงถูกอธิบายได้ในลักษณะเดียวกับที่ลูกปิงปองตกกระทบโต๊ะแล้วชิ่งกระดอนขึ้นมา ส่วนการหักเหของแสงก็อธิบายได้ว่าอนุภาคมีการเปลี่ยนแปลงความเร็วเมื่อเดินทางไปยังตัวกลางใหม่
แม้ในยุคนั้นจะมีนักฟิสิกส์อย่างคริสตียาน ฮอยเกนส์ (Christiaan Huygens) เชื่อในแนวทางตรงข้ามว่าแสงเป็นคลื่น แต่ด้วยชื่อเสียงและบารมีของนิวตัน ทำให้แนวคิดกระแสหลักในยุคนั้นเทให้กับความเชื่อว่าที่แสงเป็นอนุภาคไปอย่างยาวนาน
ที่สำคัญคือ ยังไม่มีใครแสดงให้เห็นแบบชัดเจนแจ่มแจ้งได้ว่าแสงสามารถแทรกสอดกันหรือเลี้ยวเบนได้ *
จนกระทั่งในยุคต่อมาโทมัส ยัง (Thomas Young) อัจฉริยะผู้เก่งกาจในศาสตร์หลายแขนงทำการทดลองที่นักฟิสิกส์จำนวนมากยกย่องว่าเป็นหนึ่งการทดลองที่ยิ่งใหญ่ที่สุด เพราะมันแสดงให้เห็นว่าแสงเป็นคลื่นอย่างชัดเจน!
การทดลองดังกล่าวคือ การให้แสงเดินทางผ่านช่องเปิดเล็กๆ 2 ช่องที่เกือบจะชิดติดกัน จากนั้นนำฉากไปรับภาพที่ได้ สิ่งที่ปรากฏบนฉากนั้นคือลวดลายที่แนวคิดเรื่องอนุภาคไม่สามารถอธิบายได้
การทดลองช่องเปิดคู่ ทำให้แสงที่ผ่านมาแทรกสอดกัน
หากแสงเป็นอนุภาค เมื่อผ่านช่องเปิดขนาดเล็กสองช่องย่อมต้องเกิดเป็นจุดสว่างสองจุด แต่สิ่งที่ปรากฏกลับเป็นจุดสว่างสลับมืดไปมา คำอธิบายคือแสงเป็นเคลื่อนที่ผ่านช่องเปิดมาแล้วแผ่ออกไปในลักษณะเดียวกับที่คลื่นน้ำแทรกสอดกัน บางส่วนรวมกันจนเกิดเป็นจุดสว่างมาก บางส่วนหักล้างกันจนเกิดเป็นจุดมืด สลับกันไป
ในชีวิตกระจำวัน เราไม่สามารถสังเกตเห็นการแทรกสอดนี้ได้เพราะแสงทั่วไปประกอบไปด้วยสีหลายสีผสมกันอยู่ และช่องเปิดต้องมีขนาดเล็กมากๆ และอยู่ใกล้กันมากพอจึงจะสังเกตเห็นปรากฏการณ์นี้ได้
ในปี ค.ศ. 1818 สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งฝรั่งเศส จัดการแข่งขันหาข้อพิสูจน์ว่าแสงเป็นอนุภาคหรือคลื่นกันแน่ นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ชื่อ ปัวซง (Simeon Denis Poisson) เป็นหนึ่งในผู้ที่เชื่อถือทฤษฎีนี้อย่างหนักแน่น เขาจึงศึกษาแนวคิดของทฤษฎีคลื่นอย่างละเอียดเพื่อหาทางลบล้างและทำลายมัน
การทดลองที่ปัวซงออกแบบไว้
ในที่สุดเขาก็พบว่า ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม หากนำวัตถุทรงกลม หรือ แผ่นดิสก์ทึบ ไปวางขวางทางเดินแสงไว้ ถ้าแสงเป็นคลื่นจริงจะมีแสงบางส่วนเลี้ยวเบนไปแทรกสอดจนเกิดจุดสว่างตรงกลางเงาได้ ซึ่งดูแล้วไม่น่าจะเป็นไปได้
ไม่นานนัก นักฟิสิกส์ชื่ออะราโก (François Arago) พยายามทำการทดลองเพื่อทดสอบก็พบจุดสว่างกลางเงาปรากฏขึ้นจริงๆ ทำให้ทฤษฎีที่ว่าแสงเป็นคลื่นได้รับการยอมรับในที่สุด
จุดสว่างตรงกลางมีจริง แสดงให้เห็นว่าแสงเป็นคลื่น
แต่ปัญหาใหญ่ของทฤษฎีนี้คือ หากแสงเป็นคลื่นแล้ว มันเคลื่อนที่ไปบนตัวกลางอะไร?
ในอนาคตผมจะเล่าเรื่องนี้ให้ฟังครับ
* ปรากฏการณ์ Newton's rings มีลักษณะเป็นวงกลมสว่างสลับมืดเรียงเป็นชั้นๆ สังเกตพบได้เมื่อนำเลนส์นูนแกมระนาบมากดเข้ากับผิววัสดุเรียบ
ปรากฏการณ์ดังกล่าวถูกอธิบายได้อย่างชัดเจนด้วยการแทรกสอดของแสง แต่นิวตันพยายามอธิบายมัน(แบบก้อมแก้ม) ด้วยแนวคิดที่ว่าแสงเป็นอนุภาค
- 34
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
