Motivational Physics

PhET Interactive Simulations Founded in 2002 by Nobel Laureate Carl Wieman, the PhET Interactive Simulations project at the University of Colorado Boulder creates free interactive math and science simulations. PhET sims are based on extensive education and engage students through an intuitive, game-like environment where studen...

16 พฤศจิกายน ค.ศ. 2018
#นิยามกิโลกรัมเปลี่ยนแล้ว!

ในโลกวิทยาศาสตร์ การวัดปริมาณต่างๆ ให้แม่นยำนั้นเป็นสิ่งสำคัญมาก แต่สิ่งที่สำคัญไม่แพ้กันคือการกำหนดนิยามของปริมาณต่างๆ ให้ชัดเจนและเหมาะสม ซึ่งปริมาณที่มีปัญหาในการนิยามที่สุดอย่างหนึ่งคือมวล (Mass) ที่เราวัดกันในหน่วยกิโลกรัม
โลหะที่เห็นในภาพนี้คือ มวลมาตรฐาน 1 กิโลกรัมที่ถูกครอบเก็บไว้อย่างดีไม่ให้อากาศเล็ดลอดเข้าออกได้
มวลก้อนนี้มีชื่อว่า Le Grand K หรือ International Prototype Kilogram (IPK) ถูกเก็บไว้ที่สำนักงานชั่งตวงวัดระหว่างชาติ (BIPM) ในประเทศฝรั่งเศส มันถูกสร้างขึ้นจากโลหะผสมระหว่างแพลตินัม 90% และอิริเดียม 10% เป็นรูปทรงกระบอกเล็กๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและความสูง 3.917 เซนติเมตร
เหตุผลที่ใช้โลหะแพลตินัมก็เพราะ แพลตินัมเป็นโลหะที่มีคุณสมบัติเหมาะสมหลายอย่าง หนึ่งในนั้นคือการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันกับออกซิเจนและน้ำในอากาศได้ยากมาก ผลของปฏิกิริยาดังกล่าวส่งผลให้โลหะเกิดสนิมและเกิดการสึกกร่อนนั่นเอง ส่วนที่เติมอิริเดียมเข้าไปก็เพื่อให้มันมีความแข็งมากขึ้น
ที่ผ่านมา เครื่องชั่งต่างๆทั่วโลกล้วนอ้างอิงมาตรฐานจากมวลสารก้อนนี้มาโดยตลอด แม้ว่าโดยทฤษฎีแล้ว การนิยามมวลมาตรฐานจากอะตอมน่าจะชัดเจนและพื้นฐานที่สุด แต่เนื่องจากก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถหาวิธีวัดและสร้างมวลของสิ่งเล็กๆ ในระดับอะตอมให้รวมกันได้ 1 กิโลกรัมอย่างเที่ยงตรงเท่ากับการวัดมวลของสิ่งใหญ่ๆ ให้แม่นยำ
ทว่านิยามกิโลกรัมโดยการกำหนดมวลมาตรฐานในลักษณะนี้มีปัญหาหลักๆ 2 ข้อ
ปัญหาแรกคือ การเลียนแบบ (copy)
กล่าวคือ เมื่อนักฟิสิกส์สร้างก้อนมวลมาตรฐานแรกขึ้นมาได้ พวกเขาต้องสร้างมวลมาตรฐานก้อนใหม่เลียนแบบขึ้นมาแล้วส่งมวลสำเนาดังกล่าวกระจายไปยังสถานที่ต่างๆ บนโลกเพื่อความสะดวกในการใช้งาน และที่สำคัญคือเพื่อความปลอดภัย เผื่อไว้กรณีที่มวลมาตรฐานที่ฝรั่งเศสเกิดเหตุเภทภัยใดๆ โลกจะได้มีมวลสำรองก้อนอื่นๆ ไว้ใช้งานแทนไปก่อน
แต่นักฟิสิกส์ยังไม่สามารถทำการสร้างมวลสารเลียนแบบให้มีมวลเท่ากับมวลมาตรฐานที่กำหนดไว้อย่างสมบูรณ์แบบได้
ปัญหาที่สองเป็นปัญหาใหญ่กว่าปัญหาข้อแรกมาก เพราะหลังจากมวลมาตรฐานและมวลเลียนแบบถูกสร้างขึ้นในปี ค.ศ. 1889 นักฟิสิกส์ได้นัดกันเอามวลสารดังกล่าวมาชั่งเปรียบเทียบกัน และนักฟิสิกส์ต้องตกใจ เพราะผลจากการชั่งเปรียบเทียบในปี 1989 (ผ่านมา 100 ปี) พบว่ามวลที่เอามาชั่งเทียบกันมีการเปลี่ยนแปลง!
ความเปลี่ยนแปลงดังกล่าวอยู่ในระดับไมโครกรัม ซึ่งน้อยมากๆ สำหรับชีวิตประจำวัน แต่สำหรับนักฟิสิกส์นั้นเป็นเรื่องใหญ่และซีเรียส เพราะนักฟิสิกส์ต้องการนิยามที่แม่นยำสมบูรณ์แบบ แบบเป๊ะๆ เพราะถ้ามาตรฐานเกิดเปลี่ยนเสียเองแล้วจะเชื่อถือสิ่งใดได้เล่า ปัญหานี้ทำให้นักฟิสิกส์เริ่มเกิดอาการวิตกจริต พารานอยด์ และพยายามมองหาสาเหตุของความเปลี่ยนแปลงดังกล่าว
ปัญหาดังกล่าวทำให้ทุกวันนี้นักฟิสิกส์ด้านการชั่งตวงวัด หรือมาตรวิทยา (Metrology) เริ่มมองหาวิธีการกำหนดมวลสารที่มีประสิทธิภาพกว่าเดิม เพราะปัญหาการเปลี่ยนแปลงของมวลสารดังกล่าวนับเป็นเรื่องใหญ่
งานประชุม The 26th General Conference on Weights and Measures ในเดือนพฤศจิกายน ปี ค.ศ. 2018 มีการนิยามกิโลกรัมขึ้นใหม่ด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่า Kibble balance
อุปกรณ์ดังกล่าวเป็นเครื่องชั่งที่ไม่ได้ชั่งน้ำหนักเหมือนเครื่องชั่งอื่นๆ แต่มันเป็นเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ที่เชื่อมโยงมวลเข้ากับค่าคงที่ของพลังค์ (Planck’s constant) ซึ่งเป็นค่าคงที่พื้นฐานในธรรมชาติ
แน่นอนว่าอุปกรณ์นี้สามารถนำไปใช้เพื่อทำการตั้งค่ามาตรฐานให้กับตาชั่งอื่นๆ ได้ทั่วโลกด้วยความแม่นยำและละเอียดสูงมาก
หลักการทำงานคือ เมื่อวางมวลที่ต้องการวัดค่าลงไปที่ด้านหนึ่งของตาชั่ง (ซึ่งสามารถวางได้ตั้งแต่ระดับมิลลิกรัมจนถึงหนึ่งกิโลกรัม) อีกด้านหนึ่งจะมีการถ่วงให้เกิดสมดุลด้วยแรงทางไฟฟ้า ซึ่งแรงทางไฟฟ้านั้นเชื่อมโยงกับค่าคงที่ของพลังค์ซึ่งนักฟิสิกส์ทราบค่าอยู่แล้ว จากนั้นจึงเชื่อมโยงไปเพื่อหามวลที่ต้องการวัดค่าได้
สุดท้ายฝากเกร็ดน่าสนใจไว้อย่างหนึ่ง
นั่นคือ ถึงแม้นิยามกิโลกรัมที่อยู่มานานนับร้อยปีจะเปลี่ยนไป
แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าน้ำหนักของตัวเราจะเปลี่ยนตามนะ
(จบ)

ศุกร์หรรษานิทานดาว! ล้อมวงกันเข้ามาฟังเรื่องราวในซีรีส์ #เรื่องเล่าจากระบบสุริยะ กัน วันนี้เรามาถึงคิวดาวเคราะห์แดงแรงฤทธิ์แห่งระบบสุริยะกันแล้ว

#ดาวอังคาร

“ดาวอังคาร” เป็นดาวเคราะห์หินลำดับที่ 4 ในระบบสุริยะ มีขนาดเล็กกว่าโลกประมาณครึ่งหนึ่ง มีสภาพคล้ายกับพื้นที่แห้งแล้งบนโลก บริเวณขั้วดาวมีน้ำแข็งอยู่จำนวนมาก และยังมีภูเขาไฟที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ ชื่อว่า “ภูเขาไฟโอลิมปัส” (Olympus Mons) มีความสูงมากกว่ายอดเขาเอเวอร์เรสต์ถึง 3 เท่า นอกจากนี้บนพื้นผิวของดาวอังคารยังปกคลุมไปด้วยฝุ่นของสนิมเหล็ก เมื่อมองจากโลกจะเห็นเป็นสีแดง จึงเป็นที่มาของชื่อ “Mars” ตามเทพเจ้าแห่งสงคราม

เทพแอร์รีส (Ares) มีชื่อในภาษาโรมันว่า เทพมาร์ส (Mars) เป็นเทพแห่งสงคราม ว่ากันว่า เทพแอร์รีสมีนิสัยโหดร้าย ป่าเถื่อน ชอบการสงคราม และความดุเดือดเลือดพล่านเป็นชีวิตจิตใจ จึงไม่เป็นที่นิยมชมชอบและไม่เป็นที่เลื่อมใสของชาวกรีกโบราณซึ่งรักสันติ ผิดกับชาวโรมัน ที่นับถือเทพแอร์รีส เพราะว่าชาวโรมันเป็นชาตินักรบ

แอร์รีส เป็นลูกของเทพซูส (Zeus) และ เทพีเฮรา (Hera) จึงเป็นพี่น้องแท้ ๆ ของเทพฮีฟีสทัส (Hephaetus) เทพแห่งการครองช่างโลหะและหัตถกรรม สามีของเทพีอะโฟรไดท์ (Aphrodite) เทพแห่งความงามและความรัก แอร์รีสแอบมีความสัมพันธ์กับอะโฟรไดท์ พี่สะใภ้ของตัวเองจนทำให้เกิดเรื่องราวที่ทำให้ต้องอับอาย เพราะโดนฮีฟีสทัสจับได้ และถูกนำไปประจานให้เหล่าเทพหัวเราะเยาะเทพทั้งสอง แอร์รีสและอะโฟรไดท์มีลูกด้วยกันหลายคน เช่น อีรอส (Eros) หรือ คิวปิด (Cupid) แอนติรอส (Anteros) เทพผู้บันดาลให้เกิดการรักตอบ นางเฮอร์ไมโอนี (Hermione) และนางอัลซิปเป (Alcippe)

ถึงแม้ว่าแอร์รีสจะเป็นเทพแห่งสงครามแต่แอร์รีสกลับไม่ค่อยชนะสงคราม นั่นเป็นเพราะว่าแอร์รีสขาดการตัดสินใจที่ดี ขาดสติ จึงตกเป็นทาสแก่ความโหดเหี้ยมของตัวเองอยู่ประจำ เมื่อไม่พอใจใครก็รบราฆ่าฟันและพ่ายแพ้อยู่เรื่อยไป เช่นเมื่อครั้งสงครามกรุงทรอย ไดโอมีดิส (Diomedes) ได้ต่อสู้กับเทพแอร์รีส ในตอนแรกไดโอมีดิสขวัญเสียที่ต้องเผชิญหน้ากับเทพแห่งสงคราม แต่ได้เทพีอะธีนา (Athena) กับเทพีเฮรา มาช่วยปลอบขวัญให้กำลังใจ ทำให้ไดโอมีดิสสามารถสลัดความกลัว ฮึดสู้กับแอร์รีสได้ ไดโอมิดิสพุ่งหอกไปโดนหัวเข่าของแอร์รีสจนบาดเจ็บหนัก ส่งเสียงร้องโอดโอย และรีบเหาะหนีกลับเขาโอลิมปัสไปให้ซูสช่วยรักษา อีกหนหนึ่งคือเมื่อตอนที่แอร์รีสต่อสู้กับวีรบุรุษเฮอร์คิวลีส เพราะรับไม่ได้ที่ลูกชายของตนโดนเฮอร์คิวลิสฆ่า ผลการต่อสู้คือแอร์รีสบาดเจ็บที่ต้นขาอย่างหนักจนต้องรีบหนีไป

นอกจากอะโฟรไดท์แล้ว แอร์รีสยังมีลูกกับอีริส (Eris) เทพีแห่งความแตกแยก น้องสาวแท้ ๆ ของตัวเองอีก 2 คน คือ ไดมอส (deimos) ที่แปลว่า ความสยองขวัญ และโฟบอส (Phobos) แปลว่า ความกลัว ซึ่งต่อมาได้กลายมาเป็นชื่อของดวงจันทร์ของดาวอังคาร 2 ดวง ที่ค้นพบเจอในปี พ.ศ. 2420

------------------

พบกับซีรีส์ #เรื่องเล่าจากระบบสุริยะ ที่จะนำพาทุกท่าน ไปสนุกกับตำนานของดาวแต่ละดวงในระบบสุริยะของเรา ติดตามอ่านตอนก่อนหน้านี้ได้ที่ >>
EP.1 #กำเนิดระบบสุริยะ
https://www.facebook.com/NARITpage/posts/4561281730602072
EP.2 #ดวงอาทิตย์
https://www.facebook.com/NARITpage/posts/4584581634938748
EP.3 #ดาวพุธ
https://www.facebook.com/NARITpage/posts/4607433222653589
EP.4 #ดาวศุกร์
https://www.facebook.com/NARITpage/posts/4628213763908868
EP.5 #โลก
https://www.facebook.com/NARITpage/posts/4651343541595890

------------------

เรียบเรียง : พัชริดา ยั่งยืนเจริญสุข - เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์
ภาพ : นงคราญ สมใจ - เจ้าหน้าที่ประชาสัมพันธ์
ที่มา​: หนังสือ ตำนานกรีก-โรมัน. สำนักพิมพ์พิมพ์คำ, พิมพ์ครั้งที่ 7 พ.ศ. 2553
หนังสือ เทพกรีกและหมู่ดาว. บริษัท ไทยควอลิตี้บุ๊คส์ (2006) จำกัด, ปีที่พิมพ์ พ.ศ. 2561