บ้านจอมยุทธ [เมนูหลัก]

[ ปิด ] ⇛ หน้าบ้าน ⇛ ห้องสมุด ⇛ ห้องร้อยบุปผา ⇛ ห้องนิจนิรันดร์ ⇛ หอพระไตร ⇛ สะพายเป้ แบกกล้อง ท่องโลก ⇛ ชุมนุมจอมยุทธ ⇛ e-book ⇛ สมุดเยี่ยม

ค้นหาข้อมูลจากบ้านจอมยุทธ คลิก!

ศาสนา ลัทธิ ความเชื่อ นิกาย พิธีกรรม >>

เต๋าแห่งฟิสิกส์

บทที่ 1 ฟิสิกส์สมัยใหม่
บทที่ 2 การรู้และการเห็น
บทที่ 3 พ้นภาษา
บทที่ 4 ฟิสิกส์แนวใหม่
บทที่ 5 ศาสนาฮินดู
บทที่ 6 พุทธศาสนา
บทที่ 7 ปรัชญาจีน
บทที่ 8 ลัทธิเต๋า
บทที่ 9 นิกายเซน
บทที่ 10 เอกภาพแห่งสรรพสิ่ง
บทที่ 11 เหนือโลกแห่งความขัดแย้ง
บทที่ 12 จักรวาลอันเคลื่อนไหว
บทที่ 13 ความว่างและรูปลักษณ์

บทที่ 4 ฟิสิกส์แนวใหม่

10

4.9   เลขควอนตัม
ลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งของสภาวะต่าง ๆ ของอะตอมก็คือความเป็นจริงที่ว่า เราอาจชี้เฉพาะสภาวะของอะตอมในระดับต่าง ๆ ได้อย่างสมบูรณ์ โดยอาศัยกลุ่มตัวเลขที่เรียกว่าเลขควอนตัม (quantum numbers) ซึ่งเป็นเครื่องบ่งชี้ตำแหน่งและรูปร่างของวงโคจรของอิเล็กตรอน เลขควอนตัมตัวแรกแสดงจำนวนวงโคจรและกำหนดระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในวงโคจรแต่ละวง เลขควอนตัมอีกสองตัวกำหนดรูปร่างของคลื่นอิเล็กตอนในวงโคจรสัมพันธ์กับความเร็วและ สภาพการหมุนของอิเล็กตรอน* ข้อเท็จจริงที่ว่าเลขควอนตัมเหล่านี้เป็นจำนวนเต็ม ย่อมหมายความว่า อิเล็กตรอนไม่อาจเปลี่ยนการหมุนของมันได้อย่างต่อเนื่อง แต่จะต้องกระโดดจากเลขควอนตัมค่าหนึ่งไปยังอีกค่าหนึ่งเหมือนกับที่มันจะต้องกระโดดจากวงโคจรหนึ่งไปยังอีกวงโคจรหนึ่ง เลขควอนตัมที่มีค่าสูงแสดงว่าอะตอมอยู่ในภาวะถูกกระตุ้น และสถานะพื้นฐานของอะตอมก็คือสภาพที่อิเล็กตรอนของอะตอมอยู่ในวงโคจรชั้นล่างสุด และมีการหมุนน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

การหมุนของอิเล็กตรอนในวงโคจรของมัน มิใช่การหมุนตามความหมายของฟิสิกส์ดั้งเดิม มันถูกกำหนดโดยรูปลักษณะของคลื่นอิเล็กตรอน ในรูปของค่าความอาจเป็นไปได้สำหรับการปรากฏของอนุภาคในส่วนใดส่วนหนึ่งของวงโคจร รอยของอนุภาคในบับเบิลแชมเบอร์ ความโน้มเอียงที่จะปรากฏ ณ ที่ใดที่หนึ่ง ในเวลาใดเวลาหนึ่ง กับการที่อนุภาคมีปฏิกิริยาต่อการจำกัดขอบเขตของมันโดยการเคลื่อนที่ ตลอดจนการที่อะตอมสลับจาก “สภาพควอนตัม” หนึ่งไปยังอีกอันหนึ่งอย่างทันทีทันใด และความเกี่ยวโยงสัมพันธ์อย่างมีนัยสำคัญของปรากฏการณ์ทั้งมวลนั้น สิ่งเหล่านี้ล้วนเป็นคุณลักษณะซึ่งไม่เคยรู้กันมาก่อนในแวดวงของอะตอม ในทางตรงกันข้าม แรงกระทำพื้นฐานซึ่งก่อให้เกิดปรากฏการณ์เกี่ยวกับอะตอมเป็นที่รู้จักกันดี และอาจจะสัมผัสรู้สึกได้ในสภาพธรรมดาของชีวิตมันเป็นแรงดึงดูดทางไฟฟ้าระหว่างนิวเคลียสของอะตอมซึ่งมีประจุบวก กับอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบ ความสัมพันธ์กันของแรงดังกล่าวนี้ กับคลื่นอิเล็กตรอนเป็นบ่อเกิดของความหลากหลายในโครงสร้างและปรากฏการณ์ในสภาพแวดล้อมของเรา มันเป็นตัวกำหนดปฏิกิริยาทางเคมีทั้งหมดและการรวมตัวเป็นโมเลกุลของอะตอมต่าง ๆ ดังนั้นปฏิกิริยาระหว่างอิเล็กตรอนและนิวเคลียสของอะตอมจึงเป็นพื้นฐานของของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ทั้งหมดของสิ่งมีชีวิต และกระบวนการทางชีววิทยาที่เกี่ยวข้องกับมันทั้งหมด ในโลกซึ่งเต็มไปด้วยปรากฏการณ์เกี่ยวกับอะตอมนี้ นิวเคลียสมีบทบาทสำคัญในการเป็นจุดศูนย์กลางที่เล็กและคงตัว ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของแรงไฟฟ้าและเป็นโครงของโมเลกุลชนิดต่าง ๆ ในการที่จะเข้าใจโครงสร้างของโมเลกุลเหล่านี้ และปรากฏการณ์ต่าง ๆ ส่วนใหญ่รอบ ๆ ตัวเรา เราจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับนิวเคลียสเพียงเฉพาะแต่ค่าประจุและมวลของมันเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ในการที่จะเข้าใจธรรมชาติของสสาร การที่จะเข้าใจว่าโดยแท้จริงแล้วสสารประกอบด้วยอะไรนั้น เราจะต้องศึกษานิวเคลียสซึ่งเป็นมวลเกือบทั้งหมดของอะตอม

ในปี พ.ศ. 2473 หลังจากที่ทฤษฎีควอนตัมได้เปิดเผยเกี่ยวกับโลกของอะตอมแล้ว นักฟิสิกส์จึงถือเป็นงานสำคัญที่จะทำความเข้าใจโครงสร้างของนิวเคลียส ส่วนประกอบของมัน และแรงที่ทำให้มันเกาะกุมกันอย่างแข็งแรงแน่นหนา ก้าวแรกที่นำไปสู่ความเข้าใจโครงสร้างของนิวเคลียสคือ การค้นพบนิวตรอนซึ่งถือเป็นองค์ประกอบอันที่สองซึ่งมีมวลเท่า ๆ กับโปรตอน (องค์ประกอบอันแรกของนิวเคลียส) มีมวลประมาณสองพันเท่าของมวลของอิเล็กตรอน แต่ไม่มีประจุไฟฟ้า การค้นพบอันนี้ไม่ได้หมายความว่านิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนเท่านั้น แต่ยังได้แสดงให้เห็นว่าแรงดึงดูดในนิวเคลียส ซึ่งดึงดูดอนุภาคทั้งสองเกาะกุมกันอยู่ เป็นปรากฏการณ์ใหม่ที่ไม่เคยรับรู้มาก่อนเลย มันไม่ใช่แรงแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากนิวตรอนเป็นกลางทางไฟฟ้า นักฟิสิกส์เริ่มตระหนักว่าพวกเขาได้เผชิญกับแรงชนิดใหม่ในธรรมชาติ ซึ่งไม่ได้แสดงตัวมันเองในที่อื่นใดนอกจากภายในนิวเคลียส นิวเคลียสมีขนาดเล็กกว่าอะตอมประมาณหนึ่งแสนเท่า ในขณะที่เป็นมวลสารของอะตอมเกือบทั้งหมด นั่นหมายความว่าสสารที่อยู่ภายในนิวเคลียสต้องหนาแน่นมากเมื่อเทียบกับรูปร่างของสสารวัตถุที่เราคุ้นเคย โดยแท้จริงแล้ว หากเราจะบีบอัดร่างกายของมนุษย์ลงให้มีความหนาแน่นเท่านิวเคลียส มันคงจะมีขนาดเพียงเท่าหัวเข็มหมุดเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นที่สูงมากเช่นนี้มิใช่คุณสมบัติเพียงประการเดียวของนิวเคลียสซึ่งผิดไปจากธรรมดา โปรตอนและนิวตรอน ซึ่งมักเรียกรวมกันว่า “นิวคลีออน” (Nucleons) ยังแสดงคุณลักษณะในทางควอนตัมเช่นเดียวกับอิเล็กตรอน นั่นคือมีการตอบสนองต่อการจำกัดขอบเขตของมันด้วยการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก และในเมื่อมันถูกบีบให้อยู่ภายในประมาตรที่เล็กมาก ๆ ปฏิกิริยาของมันจึงรุนแรงมากตามไปด้วย มันเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ในนิวเคลียสด้วยความเร็วประมาณ 40,000 ไมล์ต่อวินาที ดังนั้นสสารของนิวเคลียสจึงไม่เหมือนกับสิ่งใดซึ่งเราเคยประสบในสภาพแวดล้อมปรกติของเราบางทีเราอาจได้ภาพที่ดีที่สุดที่จะอธิบายมัน โดยการนึกถึงของเหลวหยดเล็ก ๆ ที่มีความหนาแน่นสูงมาก โดยได้รับความร้อนและกำลังเดือดปุดด้วยความรุนแรง ลักษณะสำคัญของสสารของนิวเคลียส ทำให้นิวเคลียสมีคุณสมบัติที่ผิดธรรมดาก็คือมีแรงดึงดูดอันมหาศาลภายในนิวเคลียส และข้อที่แรงชนิดนี้ไม่เหมือนกับแรงชนิดอื่น ๆ ก็คือ ระยะทางระหว่างอนุภาคที่ดึงดูดกันนั้นสั้นมาก มันจะเกิดแรงกระทำก็ต่อเมื่อนิวคลีออนต่างเข้ามาใกล้กันมาก เมื่อระยะห่างระหว่างนิวคลีออนเป็นประมาณ 2-3 เท่าของเส้นผ่าศูนย์กลางของมัน ในระยะห่างขนาดนั้น แรงดึงดูดจะสูงมาก แต่เมื่อระยะสั้นลงไปกว่านั้นจะกลายเป็นแรงผลักที่สูงมากเช่นกัน ดังนั้นนิวคลีออนจึงไม่อาจเข้าใกล้กันได้มากไปกว่านั้น โดยวิธีการเช่นนี้ แรงกระทำภายในจึงทำให้นิวเคลียสมีสภาพคงตัวสูง ถึงแม้ว่าจะอยู่ในสภาพสมดุลทางพลศาสตร์สูงมากก็ตาม ภาพของวัตถุซึ่งเกิดขึ้นจากการศึกษาอะตอมและนิวเคลียสได้แสดงให้เห็นว่ามันรวมตัวกันอยู่ในหยดเล็ก ๆ และอยู่ห่างจากกันเป็นระยะทางมหาศาล ในช่องว่างระหว่างมวลซึ่งกำลังเดือดปุดของหยดนิวเคลียสนั้น มีอิเล็กตรอนเคลื่อนไหวอยู่ นี่เป็นส่วนเล็ก ๆ ของมวลสารทั้งหมด แต่ทำให้มันมีลักษณะแข็งแรง และทำให้เกิดการเชื่อมต่อกันขึ้นเป็นโครงสร้างของโมเลกุล มันยังเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมี และเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางเคมีของวัตถุ ในทางตรงกันข้าม ปฏิกิริยานิวเคลียร์โดยทั่วไปไม่เกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติในรูปลักษณ์ของวัตถุเช่นนี้ เนื่องจากพลังงานในธรรมชาติไม่สูงพอที่จะทำลายสมดุลในนิวเคลียสได้

<< ย้อนกลับ | หน้าถัดไป >>

แชร์ให้เพื่อนสิ แชร์ให้เพื่อนได้ แชร์ให้เพื่อนเลย

บ้านจอมยุทธ [เมนูหลัก]


บ้านจอมยุทธ : สร้างเมื่อ สิงหาคม 2543 วิธีใช้: อ่านเพื่อประเทืองปัญญา สรรพคุณ : แก้โง่คำแนะนำ : ควรเก็บไว้ใน Favorite หรือ ตั้งเป็นหน้าแรก | วัตถุประสงค์ |นโยบายความเป็นส่วนตัว | ติดต่อเว็บมาสเตอร์ : baanjomyut@yahoo.com : facebook