Baanjomyut.com ☰

ห้องสมุดบ้านจอมยุทธ

[ X ] ⇛ หน้าแรก ⇛ ความรู้ทั่วไป ⇛ ปรัชญา ⇛ ศาสนา ความเชื่อ ⇛ สังคมศาสตร์ ⇛ ขนบธรรมเนียม วัฒนธรรม ⇛ วิทยาศาสตร์ ⇛ เทคโนโลยี เกษตรศาสตร์ ⇛ ศิลปกรรม ⇛ ประวัติศาสตร์ ภูมิศาสตร์ ⇛ วรรณกรรม สำนวน โวหาร ⇛ สุขภาพ อาหารและยา

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

9

4.8   คลื่นยืน

ทฤษฎีเกี่ยวกับอะตอมทฤษฎีใหม่นี้สามารถแก้ปัญหาข้องใจหลายปัญหาเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอม ซึ่งไม่อาจอธิบายได้โดยแบบจำลองของรัตเทอร์ฟอร์ดที่ให้ภาพอะตอมเป็นเหมือนดาวเคราะห์โคจรรอบดาวอาทิตย์ ประการแรก การทดลองของรัตเทอร์ฟอร์ดได้แสดงให้เห็นว่า อะตอมซึ่งรวมกันเป็นวัตถุแข็งนั้นประกอบด้วยที่ว่างเป็นส่วนใหญ่เหตุใดเราจึงไม่อาจเดินทะลุประตูที่ปิดไปได้ กล่าวอีกนัยหนึ่งว่า อะไรที่ทำให้สสารคุมรูปร่างของตัวมันเอง ปัญหาประการที่สองก็คือ ความคงตัวเป็นพิเศษในกลศาสตร์ของอะตอมยกตัวอย่างเช่น ในอากาศ อะตอมปะทะกันเป็นล้านๆ ครั้งทุกๆ วินาที โดยที่มันยังคงกลับสู่สภาพเดิมได้หลังจากการปะทะกันแต่ละครั้งอะตอมตามการอธิบายแบบดาวเคราะห์ซึ่งเป็นไปตามกฎกลศาสตร์แบบดั้งเดิม ตัวใดๆ เมื่อชนกันจะไม่อาจคงอยู่ในสภาพเดิมได้ แต่อะตอมของออกซิเจนสามารถรักษาการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนของมันไว้ได้เสมอ ไม่ว่ามันจะชนกับอะตอมอื่นมาแล้วกี่ครั้ง ยิ่งไปกว่านั้น การจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนของอะตอมแต่ละชนิดจะมีลักษณะเช่นเดียวกันทุก ๆ อะตอม อะตอมของเหล็กสองอะตอมและเหล็กบริสุทธิ์ชิ้นเล็ก ๆ สองชิ้นจะมีลักษณะเหมือนกัน ไม่ว่ามันจะมาจากแหล่งใด หรือไม่ว่าจะเคยถูกกระทำมาอย่างไรก็ตาม ทฤษฏีควอนตัมได้แสดงให้เห็นว่า คุณสมบัติของอะตอมที่น่าประหลาดทั้งหมดนี้ เกิดจากลักษณะการเป็นคลื่นของอิเล็กตรอนของมัน ลักษณะการเป็นของแข็งตันของสสารวัตถุเป็นผลสืบเนื่องจาก “ควอนตัม เอฟเฟก” (Quantum Effect) ซึ่งเกี่ยวโยงกับลักษณะที่เป็นได้ทั้งคลื่นและอนุภาคของวัตถุ อันเป็นคุณสมบัติของอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอม ซึ่งไม่อาจจะหาอะไรในระดับใหญ่ ๆ มาเปรียบให้เข้าใจได้

เมื่อใดก็ตามที่อนุภาคถูกจำกัดให้อยู่ในพื้นที่เล็ก ๆ มันจะมีปฏิกิริยาตอบสนองโดยการหมุนไปรอบ ๆ ยิ่งพื้นที่เล็กลงเท่าใด มันจะยิ่งหมุนด้วยความเร็วสูงขึ้น ในอะตอมมีแรงสองแรงที่พยายามเอาชนะซึ่งกันและกัน ในด้านหนึ่งอิเล็กตรอนถูกดึงดูดโดยนิวเคลียสด้วยแรงไฟฟ้า ซึ่งพยายามที่จะรั้งให้อิเล็กตรอนเข้ามาใกล้ที่สุดเท่าที่จะทำได้ ในอีกด้านหนึ่งอิเล็กตรอนแสดงปฏิกิริยาต่อการจำกัดขอบเขตของมันโดยการหมุนไปรอบ ๆ ยิ่งนิวเคลียสดึงดูดมันแรงมากเท่าไร มันยิ่งหมุนเร็วขึ้นเท่านั้น โดยข้อเท็จจริงแล้ว การจำกัดขอบเขตของอิเล็กตรอนในอะตอม ทำให้มันหมุนไปรอบ ๆ นิวเคลียสด้วยความเร็วประมาณ 600 ไมล์ต่อวินาที ความเร็วที่สูงมากเช่นนี้เองที่ทำให้อะตอมดูเหมือนเป็นทรงกลมที่แข็งแรง เช่นเดียวกับที่เราเห็นใบพัดที่หมุนเร็วมากเป็นเหมือนจาน เป็นเรื่องยากมากที่จะอัดอะตอมให้เล็กลงไปอีก และนี่คือเหตุผลที่ทำให้สสารวัตถุมีลักษณะที่ปรากฏเป็นของแข็งตัน ดังนั้นในอะตอม อิเล็กตรอนถูกจัดให้อยู่ในวงโคจรที่มีความสมดุลพอดีระหว่างแรงดึงดูดของนิวเคลียสและความอึดอัดในการถูกจำกัดเขตของมัน อย่างไรก็ตาม วงโคจรของอิเล็กตรอนในอะตอมต่างไปจากวงโคจรของดาวเคราะห์ในระบบจักรวาลมาก ทั้งนี้ เนื่องจากธรรมชาติการเป็นคลื่นของอิเล็กตรอน เราไม่อาจจะคิดว่าอะตอมเป็นเหมือนระบบสุริยะได้ แทนที่จะคิดว่าอิเล็กตรอนในรูปอนุภาค หมุนไปรอบ ๆ นิวเคลียส เราต้องจินตนาการถึงคลื่นของความอาจเป็นไปได้ในวงโคจรต่าง ๆ กัน เมื่อใดก็ตามที่เราทำการตรวจวัด เราจะพบอิเล็กตรอนได้ที่ใดที่หนึ่งในวงโคจรเหล่านี้ แต่เราไม่อาจกล่าวได้ว่า มันกำลัง “หมุนรอบนิวเคลียส” ในความหมายอย่างในกลศาสตร์ดั้งเดิม ในวงโคจร   คลื่นของอิเล็กตรอนต้องจัดตัวมันเองให้ปลายของคลื่นบรรจบกันนั่นคือเป็นแบบคลื่นยืน (standing waves) รูปแบบดังกล่าวจะปรากฏขึ้นในทุกที่ที่คลื่นถูกจำกัดให้อยู่ในขอบเขตที่ตายตัวอันหนึ่งเช่นเดียวกับเคลื่นที่เกิดขึ้นในสายกีตาร์หรือคลื่นอากาศในลำขลุ่ย จากตัวอย่างนี้ เป็นที่ทราบกันดีว่า คลื่นยืน อาจจะมีรูปร่างได้จำกัดเพียงไม่กี่รูปแบบ ในกรณีคลื่นของอิเล็กตรอนภายในอะตอม มันหมายความว่าอิเล็กตรอนจะอยู่ในวงโคจรที่แน่นอนอันหนึ่งซึ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลางที่ตายตัว ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอนของไฮโดรเจนอะตอม จะอยู่ได้ในวงโคจรชั้นที่หนึ่ง สอง หรือสามเท่านั้น และไม่มีการอยู่ในระหว่างชั้นดังกล่าวในสภาพปรกติอิเล็กตรอนจะอยู่ในชั้นที่ต่ำที่สุดซึ่งเรียกว่า “สถานะพื้นฐาน” (ground state) ของอะตอม จากสภาพนั้นอิเล็กตรอนอาจกระโดดขึ้นไปยังวงโคจรชั้นสูงขึ้นไป หากว่ามันได้รับพลังงานที่เพียงพอจำนวนหนึ่ง อะตอมนั้นจะอยู่ในสภาพที่เรียกว่า “สถานะถูกกระตุ้น” (excited state) ซึ่งหลังจากนั้นระยะหนึ่งอิเล็กตรอนก็จะกลับสู่สถานะพื้นฐานดังเดิม โดยปลดปล่อยพลังงานที่ได้รับเข้าไปออกมาในรูปรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าหรือโฟตอน สภาวะของอะตอมหนึ่ง ๆ คือรูปร่างและระยะห่างระหว่างอิเล็กตรอนของมัน มีลักษณะเหมือนกันทุกอย่างกับอะตอมที่มีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากันนั่นคือเหตุผลว่าทำไมออกซิเจนสองอะตอมจึงเหมือนกันทุกอย่าง มันอาจจะอยู่ในสถานะถูกกระตุ้นในระดับต่าง ๆ กัน ซึ่งอาจเนื่องมาจากการชนกับอะตอมอื่นในอากาศ แต่หลังจากนั้นระยะหนึ่งมันก็จะกลับลงสู่สถานะพื้นฐานที่เหมือนกัน คุณลักษณะการเป็นคลื่นของอิเล็กตรอนจึงทำให้อะตอมมีเอกลักษณ์ของตัว และทำให้อะตอมมีความคงตัวมากในทางกลศาสตร์

<< ย้อนกลับ | หน้าถัดไป >>

แชร์ให้เพื่อนสิ แชร์ให้เพื่อนได้ แชร์ให้เพื่อนเลย


บ้านจอมยุทธ : สร้างเมื่อ สิงหาคม 2543 วิธีใช้: อ่านเพื่อประเทืองปัญญา | วัตถุประสงค์ | ติดต่อ : baanjomyut@yahoo.com